Eines der radioaktiven Elemente. Radioaktive Metalle

2.2.2. Natürliche (natürliche) radioaktive Stoffe

Als natürlich vorkommende radioaktive Elemente werden üblicherweise bezeichnet natürlich. Die meisten von ihnen sind schwere Elemente mit Ordnungszahlen von 81 bis 96. Natürliche radioaktive Elemente verwandeln sich durch Alpha- und Beta-Zerfall in andere radioaktive Isotope. Diese Kette radioaktiver Umwandlungen heißt radioaktive Zahl oder Familie.

Schwere natürliche Radioisotope bilden vier radioaktive Familien: Uran-Radium; Thorium; Seeanemone; Neptunie. Massenmitgliederzahlen Uran-Radium-Reihe sind immer gerade und gehorchen dem Gesetz: A = 4n + 2, wobei n zwischen 51 und 59 variiert. Für Thorium-Reihe Massenzahlen sind gerade und werden durch die Formel A = 4n bestimmt, wobei n zwischen 52 und 58 variiert. Für Actinium-Reihe Die Massenzahlen der Elemente sind immer ungerade und können durch die Formel A = 4n + 3 bestimmt werden, wobei n zwischen 51 und 58 variiert. Die Massenzahlen der Elemente der Neptuniumreihe sind ungerade und werden durch die Formel bestimmt: A = 4n + 1, wobei n zwischen 52 und 60 variiert.

Die Vorfahren jeder Familie zeichnen sich durch sehr aus lange Zeiträume Halbwertszeiten (siehe Tabelle 2), die mit der Lebensdauer der Erde und des gesamten Sonnensystems vergleichbar sind.

Tabelle 2 - Vorfahren natürlicher radioaktiver Familien

Thorium hat die längste Halbwertszeit (14 Milliarden Jahre) und ist daher seit der Akkretion der Erde fast vollständig erhalten geblieben. Uran-238 zerfiel weitgehend, der überwiegende Teil von Uran-235 zerfiel und das Neptunium-232-Isotop zerfiel vollständig. Aus diesem Grund gibt es in der Erdkruste viel Thorium (fast 20-mal mehr als Uran) und Uran-235 ist 140-mal weniger als Uran-238. Da der Vorfahre der vierten Familie (Neptunium) seit der Akkretion der Erde vollständig zerfallen ist, kommt er in Gesteinen fast nicht mehr vor. Neptunium wurde in Uranerzen in geringen Mengen gefunden. Sein Ursprung ist jedoch zweitrangig und geht auf die Bombardierung von Uran-238-Kernen durch Neutronen der kosmischen Strahlung zurück. Neptunium wird heute durch künstliche Kernreaktionen hergestellt. Für einen Ökologen ist es uninteressant.

Die Halbwertszeiten und Zerfallsarten der Mitglieder natürlicher radioaktiver Reihen sind in Tabelle 2 angegeben.

Natürliche radioaktive Familien haben eine Reihe von Gemeinsamkeiten, die wie folgt lauten:

1. Die Vorfahren jeder Familie zeichnen sich durch lange Halbwertszeiten aus, die zwischen 10 8 und 10 10 Jahren liegen.

2. Jede Familie hat in der Mitte der Umwandlungskette ein Isotop eines Elements, das zur Gruppe der Edelgase gehört (Emanation).

3. Auf radioaktive Gase folgen feste kurzlebige Elemente.

4. Alle Isotope der drei radioaktiven Familien zerfallen auf zwei Arten: Alpha- und Beta-Zerfall. Darüber hinaus erleben kurzlebige Familienkerne einen konkurrierenden Alpha- und Beta-Zerfall und bilden so Verzweigungsreihen. Wenn bei Alpha- und Betazerfällen die Kerne nicht sofort in den Normalzustand übergehen, werden diese Vorgänge von Gammastrahlung begleitet.

Die Reihe endet mit stabilen Bleiisotopen mit den Massenzahlen 206, 208 bzw. 207 für die Uran-, Thorium- und Actinouran-Reihe.

Die Uran-Radium- und Thorium-Familien sind aktive Gammastrahler im Vergleich zur Actinium-Familie, die eine sehr niedrige Gamma-Dosisleistung aufweist.

Daher gibt es in radioaktiven Familien Alpha-, Beta- und Gammastrahler, und die Dosisleistung jeder Strahlung ist in verschiedenen Familien nicht gleich. Die Gesamtzahl der Emittenten der einen oder anderen Art für verschiedene Familien ist in Tabelle 3 angegeben.

Tisch3 – Anzahl der natürlichen Reihenstrahler

Name Reihe	Alphastrahler		Beta-Emitter		Gammastrahler
	gesamt	Anzahl der wichtigen	gesamt	Anzahl der wichtigen	gesamt	Anzahl der wichtigen
Uran-Radium

In der Uran-238-Reihe gibt es nur 19 Radionuklide und ein stabiles Isotop – Blei-206. Die wichtigsten Alphastrahler dieser Familie sind Uran-238, Uran-234, Thorium-230, Radium-226, Radon-222, Polonium-218, Polonium-214 und Polonium-210. Die relative Anzahl anderer Alphastrahler in der Serie ist gering und daher nicht von praktischem Interesse.

Zu den bedeutenden Betastrahlern der Uran-Radium-Reihe gehören: Protactinium-234, Blei-214, Wismut-214 und Wismut-210. Darüber hinaus beträgt die Betastrahlung von Protactinium-234 etwa 50 %
Betastrahlung aller Isotope der Familie.

Der Hauptanteil (97,9 %) der Gammastrahlungsleistung dieser Familie stammt aus den Zerfallsprodukten von Radium-226 (Blei-214 und Wismut-214) und Radon-218 (Polonium-214). Thorium-234 und Protactinium-234, Zerfallsprodukte des Familiengründers (Uran-238), liefern etwa 2,1 % der gesamten Gammastrahlungsleistung. Der Beitrag der übrigen Mitglieder der Reihe zur Gesamtintensität der Gammastrahlen ist vernachlässigbar.

In der Actinium-Reihe gibt es 14 Radioisotope und ein stabiles Isotop – Blei-207. Da in natürlichem Uran nur sehr wenig Actinouran (Uran-235) enthalten ist, beträgt die Alphastrahlung der Actiniumfamilie nicht mehr als 5 % und die Gammastrahlung etwa 1,25 % der Intensität der entsprechenden Strahlen der Uran-Radium-Reihe.

Die Thoriumreihe enthält 12 Radionuklide und ein stabiles Isotop – Blei-208. Die wichtigsten Alphastrahler sind hier: Thorium-232,
Thorium-228, Radium-224, Radon-220, Polonium-216, Wismut-212 und Polonium-212.

Zu den wichtigsten Betastrahlern der Thoriumreihe gehören: Actinium-228, Blei-212, Wismut-212 und Thallium-208.

Der Hauptbeitrag zur Gammastrahlung der Thoriumreihe kommt von den Zerfallsprodukten von Thorium-228 (Polonium-216, Blei-212, Wismut-212 und Thallium-208). Ihr Anteil beträgt 60,2 % der Gesamtintensität der Gammastrahlung. Die restliche Gammastrahlungsleistung (39,8 %) gehört zum Zerfallsprodukt von Radium-228 (Aktinium-228). Der Anteil anderer Gammastrahler an der gesamten Gammastrahlungsleistung ist vernachlässigbar.

Nachfolgend finden Sie eine kurze Beschreibung der wichtigsten Radioisotope, die zu natürlichen Familien gehören.

Uran (U). Ein chemisches Element mit der Seriennummer 92. Es hat drei natürliche Isotope 238 U, 235 U und 234 U. Die Halbwertszeit des ersten beträgt 4,5 × 10 9 Jahre, die des zweiten 7,13 × 10 8 Jahre und die des dritten 2,52 × 10 5 Jahre . Ihre relative Häufigkeit an Erzen kann wie folgt ausgedrückt werden: 99,28; 0,71; 0,006 % bzw.

Dieses silberweiße Metall wurde 1789 von Klaproth entdeckt. Im Aussehen ähnelt Uranmetall Eisen. Es oxidiert an der Luft, bis es sich spontan entzündet und mit heller Flamme verbrennt. Die Dichte von Uran beträgt 19 g/cm 3, der Schmelzpunkt liegt bei 1133°C. Es löst sich gut in Mineralsäuren.

Uran ist in der Erdkruste weit verbreitet. Es ist enthalten in Felsen Ah, Boden, Wasser von Seen, Flüssen und Meeren.

Uran-238 ist der Begründer der Uranfamilie. In Primärmineralien steht es fast immer im Gleichgewicht mit seinen kurzlebigen Zerfallsprodukten sowie mit seinem langlebigen Isotop Uran-235.

Uran-235 (Actinouran) ist der Begründer der Actinouran-Familie, die in der Natur immer mit der Uran-238-Familie einhergeht. Actinouranium wurde erst vor relativ kurzer Zeit (im Jahr 1935) entdeckt, d. h. viel später als die Produkte seines Zerfalls, was die Diskrepanz zwischen den Namen der Actinium-Familie und ihrem Vorfahren erklärt.

Der Uran-235-Kern hat eine bemerkenswerte Eigenschaft. Zusätzlich zum spontanen Zerfall ist es in der Lage, beim Einfangen eines Neutrons unter Freisetzung kolossaler Energie zu spalten, daher ist es eines davon Kernbrennstoffe.

Uran, chemisch aus Erzen isoliert (dies ist natürlich eine Mischung aller drei natürlichen Uranisotope) und in Form von Oxid (U 3 O 8) hergestellt, ist eine stabile Quelle für Alphastrahlung. Etwa ein Jahr nach seiner Freisetzung stellt sich ein radioaktives Gleichgewicht zwischen Uran-238 und den kurzlebigen betaaktiven Produkten seines Zerfalls ein. Dieses Medikament kann dann als stabile Quelle für Betastrahlung dienen.

Uran wird mit Erzen sedimentären, hydrothermalen und magmatischen Ursprungs in Verbindung gebracht. Es kommt in mehr als 100 Mineralien vor. Unter ihnen sind Uranoxide, Salze der Phosphor-, Vanadium-, Silizium-, Arsen-, Titan- und Niobsäure am häufigsten. Zu den wichtigsten industriellen Uranerzen zählt das Primärmineral Uraninit (Uranpech), ein schwarzes Uranoxid. Darüber hinaus werden viele sekundäre Uranminerale genannt Uran-Glimmer. Die häufigsten sind:
Torburnit – Cu(UO 2) 2 (PO 4) 2 ×nH 2 O, Otenitis – Ca(UO 2) 2 (PO 4) 2 ×nH 2 O,
Carnotit – K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 × 3H 2 O, tyuyamunit – Ca(UO 2) 2 (VO 4) 2 × 8H 2 O.
Unter den Uranglimmern werden große industrielle Vorkommen nur von Carnotit und Tyuyamunit gebildet. Sie sind auch Erze zur Herstellung von Vanadium und Radium.

Uran und Radium wurden in Russland zunächst aus Erz aus der Tyuya-Muyun-Lagerstätte in Fergana gewonnen. Als Träger dieser Metalle erwiesen sich hier zwei Mineralien aus der Gruppe der Uranglimmer – Tyuyamunit und Ferganit Das erste Mineral wurde von K.A. entdeckt. Nenadkevich im Jahr 1912 und der zweite - I.A. Antipov im Jahr 1899.

Thorium (Th) . Ein chemisches Element mit der Seriennummer 90. Es ist ein hellgraues Metall mit einer Dichte von 11,72 g/cm 3 und einem Schmelzpunkt von 1750 °C, das 1828 von Berzelius entdeckt wurde. Schwer angreifbar durch Säuren. Es hat 6 Isotope, von denen nur zwei langlebig sind: Thorium-232 (T physikalisch = 1,39 × 10 10 Jahre) und Ionium-230 (T physikalisch = 8 × 10 4 Jahre).

Die Zerfallsgeschwindigkeit von Thorium ist sehr gering. Über 14 Milliarden Jahre nimmt die Zahl der Thorium-232-Atome nur um das Zweifache ab. Da die Erde erst 4,5 Milliarden Jahre alt ist, können wir davon ausgehen, dass seit der Akkretion unseres Planeten ein erheblicher Teil dieses Elements erhalten geblieben ist.

Thoriumerze sind ihrer Entstehung nach magmatisch. Bei der Zerstörung solcher Lagerstätten entstehen Seifen, die mit Thoriummineralien angereichert sind. Die Hauptquelle für Thorium ist Sand, der das Mineral enthält Monazit –(Ce, La, Nd, Th) PO 4. Meeresseifen sind besonders reich an Monazit. Das Mineral ist auch von industrieller Bedeutung Thorit – ThSiO 4.

Actinium (Ac) . Chemisches Element mit der Seriennummer 89. Silberweißes Metall mit einem Schmelzpunkt von 1050 °C und zwei Isotopen: Actinium-227 (T physikalisch = 21,8 Jahre) und Mesothorium-228 (T physikalisch = 6,13 Stunden).

Actinium, das einen Alpha- und Beta-Zerfall durchläuft, bildet einen der Zweige der Actinium-Reihe. Er ist im Grunde ein Beta-Emitter. Dieses Radionuklid weist keine nukleare Gammastrahlung auf. In Mischung mit Beryllium wird Actinium zur Herstellung von Neutronenquellen verwendet. Actinium kommt in Uran- und Thoriumerzen vor.

Radium (Ra) . Ein chemisches Element mit der Seriennummer 88. Dies ist ein silberweiß glänzendes Metall mit einer Dichte von 6 g/cm 3 und einem Schmelzpunkt von 700 °C, das zu Beginn des 20. Jahrhunderts von den Curie-Ehegatten entdeckt wurde und 4 Isotope aufweist : Radium-226 (T physikalisch = 1602 Jahre), Mesothorium-228 (T physikalisch = 6,7 Jahre), Actinium X-223 (T physikalisch = 11,4 Tage) und Thorium X-224
(T physisch = 3,64 Tage). Von chemische Eigenschaften Radium ist dem Barium nahe und ersetzt dieses isomorph in den Mineralien: Baryt (Bariumsulfat) und Witherit (Bariumcarbonat). IN natürliche Gewässer Radium kommt in Form von Chlorid vor.

Durch den Alpha-Zerfall von Radium-226, begleitet von Gammastrahlung, entsteht ein radioaktives Gas – Radon(Emanation). IN geschlossener Behälter Nach 40 Tagen erreicht Radon im Gefäß einen radioaktiven Gleichgewichtszustand mit Radium. Nach diesem Zeitraum kann das Medikament als Referenzquelle für Gammastrahlung verwendet werden.

Nach 3 Stunden kommt Radon mit seinen kurzlebigen Zerfallsprodukten (Ra A, Ra B und Ra C) ins Gleichgewicht. Ein weiteres Radiumisotop, Mesothorium-1, hat weiche Betastrahlung und seine Gammastrahlungsintensität ist gering.

Radiumisotope sind in Gesteinen und Erzen weit verbreitet, jedoch in extrem geringen Konzentrationen. Auf 3 Tonnen Uran kommt 1 g Gleichgewichtsradium. Da Radium in verschiedenen Gesteinen in unterschiedlichen Konzentrationen vorkommt, wird diese Eigenschaft zur Diagnose petrographischer Unterschiede durch Gammastrahlen genutzt. Radium wird aus Uranerzen gewonnen. Es wird in der Medizin häufig zur Strahlentherapie eingesetzt.

Radon (Rn) . Chemisches Element mit der Seriennummer 86. Es ist ein schweres inertes radioaktives Gas mit einer Dichte von 9,73 g/l. Es ist farblos und löst sich gut in Wasser. Hat 4 Isotope: Radon-222
(T physikalisch = 3,823 Tage), Radon-218 (T physikalisch = 1,9´10 -2 s), Thoron-220 (T physikalisch = 54,5 s) und Actinon-219 (T physikalisch = 3,92 s). Sie alle gehören zur Gruppe der Edelgase, haben Alpha-Aktivität und emittieren keine sonstige Strahlung. Die Radonemission ist die Ursache aktiver Niederschlag. Mit Beryllium vermischtes Radon wird in der wissenschaftlichen Forschung und Medizin als Neutronenquelle verwendet.

Astatin (Bei) . Ein chemisches Element aus der Halogengruppe mit der Seriennummer 85. Aus dem Griechischen übersetzt bedeutet „Astatin“ „instabil“, weil Es ist das einzige Halogen, das keine stabilen Isotope aufweist. Alle vier Isotope von Astat sind radioaktiv: Astat-210 (T physikalisch = 8,3 h), Astat-218 (T physikalisch = 2 s), Astat-215 (T physikalisch = 1×10 -4 s) und Astat 216 (T physikalisch =
= 3×10 -4 s).

In geringen Mengen ist Astat in allen drei natürlich vorkommenden radioaktiven Familien enthalten. Seine Isotope sind alphaaktiv. Ein kleiner Teil von Astat unterliegt einem Betazerfall.

Polonium (Po) . Ein chemisches Element mit der Seriennummer 84. Es ist ein weiches silberweißes Metall mit einer Dichte von 9,3 g/cm 3 und einem Schmelzpunkt von 254 °C. Polonium hat 8 radioaktive Isotope: Polonium-209 (T physikalisch = 103 Jahre) , Polonium-210 (T physikalisch = 140 Tage), Radium A-218 (T physikalisch = 3,05 min), Thorium A-216 (T physikalisch = 0,158 s), Actinium Ac-215 (T physikalisch = 1,83 × 10 - 3 s), Radium-214 (T physikalisch = 1,55 × 10 –4 s), Thorium (T physikalisch = 3 × 10 –7 s), Actinium (T physikalisch = 5 × 10 – 3 s).

Polonium ist ein reiner Alphastrahler, der eine breite Verwendung in der Laborforschung ermöglicht. In Mischung mit Beryllium ist es die beste Neutronenquelle.

Blei (Pv) . Chemisches Element mit der Seriennummer 82. Es ist ein bläulich-graues, weiches, formbares Metall mit einer Dichte von 11,34 g/cm 3 und einem Schmelzpunkt von 327,4 °C, chemisch beständig. Blei hat 3 stabile Isotope: Blei-206 (Radium G), Blei-207 (Aktinium D), Blei-208 (Thorium D) und 4 radioaktive: Blei-210 (Radium D, T = 22 Jahre), Blei- 212 (Thorium B, T = 10,6 Stunden), Blei-211 (Aktinium B, T = 36,1 Min.), Blei-214 (Radium B, T = 26,8 Min.).

Stabile Bleiisotope mit den Massenzahlen 206, 207 und 208 sind die Endprodukte des Zerfalls von drei natürlich vorkommenden radioaktiven Serien. Diese Isotope sind nicht radioaktiv, kommen aber in radioaktiven Erzen immer vor. Das Verhältnis der Menge an nichtradioaktivem Blei zum Gehalt an radioaktiven Elementen (Uran, Thorium) in Gesteinen und Erzen ermöglicht die Bestimmung des absoluten Alters geologischer Formationen. Die anderen vier Bleiisotope sind radioaktiv. Sie alle zerfallen durch Betastrahlung. Die Zerfallsprodukte von Radium D emittieren neben Betastrahlen auch Alphastrahlen, daher werden Standardquellen für Beta- und Alphastrahlung aus Blei-210 gewonnen.

Blei wird als Schirm und Filter für Gammastrahlung verwendet. Sein Einsatz zur Abschirmung von Alpha- und Betastrahlung ist unpraktisch, da Blei immer eine gewisse Menge an radioaktiven Isotopen, insbesondere Radium D, enthält. Auch andere radioaktive Isotope von Blei (mit den Massenzahlen 200, 201 und 203) kommen in der Natur vor, allerdings in ihrer Anzahl Ist vernachlässigbar.

Natürlich vorkommende Radioisotope, die nicht zur radioaktiven Familie gehören. Neben natürlichen radioaktiven Elementen, die zu den drei oben diskutierten Naturreihen gehören, gibt es in der Natur Isotope, die genetisch nicht miteinander verwandt, aber radioaktiv sind. Die Zahl solcher Radioisotope übersteigt 200, ihre Halbwertszeit reicht von Bruchteilen einer Sekunde bis zu Milliarden von Jahren.

Für einen Ökologen sind Isotope mit langen Halbwertszeiten von Interesse: Kalium-40, Rubidium-87, Samarium-147, Kohlenstoff-14, Lutetium-176 und Rhenium-187. Der radioaktive Zerfall der Kerne dieser Elemente ist ein isolierter Vorgang, d.h. Nach dem Zerfall entsteht ein stabiles Tochterisotop. Wie aus Tabelle 4 ersichtlich ist, unterliegen alle aufgeführten Kerne dem Beta-Zerfall, mit Ausnahme von Samarium, das dem Alpha-Zerfall unterliegt.

Tabelle 4 – Natürliche radioaktive Isotope, die nicht in Familien enthalten sind

		Ordnungszahl	Massenzahl	Halbwertszeit	Typ Zerfall
				1,3×10 9 Jahre
Kohlenstoff-14
Rubidium-87				5,8×10 10 Jahre
Samaria-147				6,7×10 11 Jahre
Lutetium-176				2,4×10 10 Jahre
				4×10 12 Jahre

Von den sechs aufgeführten natürlichen Radionukliden ist das interessanteste Kalium-40, aufgrund seiner hohen Verbreitung in der Erdkruste. Natürliches Kalium enthält drei Isotope: Kalium-39, Kalium-40 und Kalium-41, von denen nur Kalium-40 radioaktiv ist. Das Mengenverhältnis dieser drei Isotope in der Natur sieht folgendermaßen aus: 93,08; 0,012; 6,91 %.

Kalium-40 wird auf zwei Arten abgebaut. Etwa 88 % seiner Atome erfahren Betastrahlung und werden zu Calcium-40-Atomen. Bei einem Zerfall von Kalium-40 entstehen durchschnittlich 0,893 Betateilchen mit einer Energie von 1311 keV und 0,107 Gammaquanten mit einer Energie von 1461 keV. Die restlichen 12 % der Atome erleben K-Griff, verwandeln sich in Argon-40-Atome. Die Kalium-Argon-Methode zur Bestimmung des absoluten Alters von Gesteinen und Mineralien basiert auf dieser Eigenschaft von Kalium-40.

Rubidium. Natürliches Rubidium besteht aus zwei Isotopen: Rubidium-85 und Rubidium-87. Das zweite Isotop ist radioaktiv und sendet weiche Betastrahlen mit einer maximalen Energie von 0,275 MeV und Gammastrahlen mit einer Energie von 0,394 MeV aus.

Somit hat 87 Rb den größten Wert, den zweiten Platz in der Menge nimmt das Radioisotop 40 K ein, aber die Radioaktivität von 40 K in der Erdkruste übersteigt die Radioaktivität der Summe aller anderen natürlichen radioaktiven Elemente, da die Der Zerfall von 40 K wird von harter Beta- und Gammastrahlung begleitet, und 87 Rb ist durch weiche Betastrahlung gekennzeichnet und hat eine lange Halbwertszeit.

Tabelle 5– Konzentration einiger Radionuklide und Energie
absorbierte Dosen in Böden verschiedener Art

Bodenarten	Konzentration, pCi/g					Leistung absorbiert Dosen, mrad/h
Taupe
Kastanie
Tschernozem
Grauer Wald
Sod-Podzolic
Podzolic
Torfig
Schwingungsgrenzen

Samarium. Von den sieben bekannten Isotopen dieses Elements ist nur Samarium-147 radioaktiv. Sein Anteil am natürlichen Samarium beträgt etwa 15 %. Es sendet Alphastrahlen mit einer Energie von 2,11 MeV aus, deren Reichweite in Luft 11,6 mm beträgt.

Lutetium. Mehrere seiner Isotope sind bekannt, aber nur Lutetium-176 ist radioaktiv. Wie Kalium zerfällt es auf zwei Arten: Beta-Zerfall und K-Einfang. Die maximale Energie von Betastrahlen beträgt etwa 0,4 MeV. Gammastrahlung hat eine Energie von 0,270 MeV.

Rhenium. Das radioaktive Isotop ist Rhenium-187, dessen Anteil im natürlichen Rhenium 63 % beträgt. Emittiert Betastrahlen mit einer Energie von 0,04 MeV.

Unter den natürlichen Radioisotopen nimmt Kohlenstoff eine Sonderstellung ein. Natürlicher Kohlenstoff besteht aus zwei stabilen Isotopen, unter denen Kohlenstoff-12 vorherrscht (98,89 %). Der Rest besteht fast ausschließlich aus Kohlenstoff-14 (1,11 %).

Neben den stabilen Kohlenstoffisotopen sind fünf weitere radioaktive Isotope bekannt. Vier davon (Kohlenstoff-10, Kohlenstoff-11, Kohlenstoff-15 und Kohlenstoff-16) haben sehr kurze Halbwertszeiten (Sekunden und Sekundenbruchteile). Ein fünftes Radioisotop, Kohlenstoff-14, hat eine Halbwertszeit von 5.730 Jahren.

In der Natur ist die Konzentration von Kohlenstoff-14 äußerst gering. In modernen Pflanzen kommt beispielsweise auf 10 9 Atome von Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-13 ein Atom dieses Isotops. Allerdings mit dem Aufkommen Atomwaffen Und in der Kerntechnik wird Kohlenstoff-14 künstlich durch die Wechselwirkung langsamer Neutronen mit atmosphärischem Stickstoff hergestellt, sodass seine Menge ständig zunimmt.

Die bedeutendste aller natürlichen Strahlungsquellen
ist ein unsichtbares, geruchs- und geschmackloses, schweres (7,5-mal schwerer als Luft) Radongas, das zusammen mit anderen Zerfallsprodukten für 75 % der jährlichen individuellen effektiven Äquivalentdosis der Bevölkerung verantwortlich ist irdische Quellen Strahlung und mehr als 50 % der Dosis aller natürlichen Strahlungsquellen. Radon in Form von 222 Rn und 220 Rn wird überall aus der Erdkruste freigesetzt, die Hauptdosis erhält der Mensch jedoch aus folgenden Gründen in einem geschlossenen, unbelüfteten Raum (die Strahlungsintensität ist 8-mal höher als in der Außenluft). Quellen: Aufnahme aus dem Boden, Fundament, Decke; Die Freisetzung aus Baumaterialien von Wohngebäuden beträgt 60 kBq/Tag, 10 kBq/Tag dringen aus der Außenluft ein, aus Wasser für Haushaltszwecke werden 4 kBq/Tag freigesetzt, aus Erdgas während seiner Verbrennung werden 3 kBq/Tag freigesetzt.

Radon erreicht in Innenräumen höhere Konzentrationen, wenn das Haus auf einem Boden mit hohem Radionuklidgehalt steht oder beim Bau Materialien mit erhöhter Radioaktivität verwendet wurden.

Tabelle 6– Durchschnittliche spezifische Radioaktivität von Baustoffen

Notiz. Die Tabelle präsentiert Materialien von UNSCEAR, 1982.

Laut Wissenschaftlern der Mari State University (Novoselov G.N., Leukhin A.V., Sitnikov G.A., 1997) hatte Kohleschlacke die höchste spezifische Aktivität (A eff. =
= 437 Bq/kg), Granit. Marmor, Keramikziegel (A-Effekt = 335 Bq/kg), Silikatziegel (A-Effekt = 856 Bq/kg) und Bausand (A-Effekt = 114 Bq/kg) hatten eine geringere spezifische Radioaktivität. Beton zeichnet sich durch eine relativ große Schwankungsbreite der spezifischen Radioaktivität aus.

Weitere Quellen terrestrischer Strahlung sind Kohle, Phosphate und Phosphordünger, Gewässer usw.

Im Allgemeinen sind natürliche Strahlungsquellen für etwa 90 % der jährlichen effektiven Äquivalentdosis der Strahlung verantwortlich, davon entfallen 5/6 Teile auf terrestrische Quellen (hauptsächlich aufgrund interner Strahlung) und 1/6 Teil (hauptsächlich auf kosmische Quellen). durch äußere Einstrahlung).

2.2.2.1. Radioaktivität der Erdhüllen

Die ersten Beobachtungen von Radioaktivität in Böden und Gesteinen wurden zu Beginn des 20. Jahrhunderts gemacht. Nachfolgende Studien zeigten, dass alle Objekte geografische Hülle etwas Radioaktivität haben. Eine allgemeine Vorstellung von der Reihenfolge der am häufigsten beobachteten Werte der natürlichen Radioaktivität in Böden, Pflanzen, der Erdkruste und der Hydrosphäre ist in Tabelle 7 zu sehen.

Tabelle 7– Durchschnittlicher Gehalt an natürlichen Radionukliden in verschiedenen Objekten der geografischen Hülle der Erde (nach A.P. Vinogradov, L.A. Pertsov)

2.2.2.2. Radioaktivität von Gesteinen

Die Verteilung radioaktiver Elemente in der Dicke der Erdkruste und der Lithosphäre insgesamt in Tiefen, die einer direkten Beobachtung nicht zugänglich sind, kann nur auf der Grundlage indirekter Fakten und allgemeiner Vorstellungen über die Struktur der Erde beurteilt werden. Das derzeit am weitesten verbreitete Konzept ist, dass die Radioaktivität von Gesteinen mit der Tiefe abnimmt, aber immer noch bis in sehr große Tiefen messbar bleibt. Eine ausgeprägte Anreicherung radioaktiver Elemente in Granitschicht Die von Strett bereits 1906 festgestellte kontinentale Kruste wurde durch spätere Studien bestätigt.

Die durchschnittlichen Konzentrationen radioaktiver Elemente in Gesteinen sind in Tabelle 8 angegeben, und Tabelle 9 zeigt die spezifische Aktivität von Gesteinen in Bezug auf natürliche Radionuklide gemäß VNIIFTRI-Daten (1996). Aus diesen Daten ist das grundlegende geochemische Muster einer Abnahme des Gehalts an Radioisotopen bei gleichzeitiger Zunahme der Basizität magmatischer Gesteine ​​erkennbar. Der höchste Gehalt an natürlichen Radionukliden wird in magmatischen Gesteinen mit saurer und alkalischer Zusammensetzung beobachtet, die reich an Kalium sind. Die Hauptträger radioaktiver Elemente in diesen Gesteinen sind Zubehörteil Mineralien: Zirkon, Monazit, Xenotim, Orthit, Apatit und Sphen . Was die wichtigsten gesteinsbildenden Mineralien betrifft, wurde festgestellt, dass Saliciummineralien (hauptsächlich Feldspäte) im Durchschnitt eine dreimal höhere Radioaktivität aufweisen als femisch. Daher gilt in der Praxis die Faustregel, dass helles magmatisches Gestein radioaktiver ist als dunkles.

Tabelle 8 – Die Fülle radioaktiver Elemente in Gesteinen,
Gew. % (nach A.P. Vinogradov)

Tabelle 9 – Spezifische Aktivität natürlicher Radionuklide in Gesteinen

Felsen	Spezifische Aktivität, Bq/kg
Eruptiv:
Basic
Ultrabasisch
Sedimentär:
Kalksteine
Sandsteine
Tonschiefer

Schiefer und Ton weisen unter den Sedimentgesteinen die höchste Radioaktivität auf. Der Gehalt an Radionukliden in ihnen nähert sich dem in sauren magmatischen Gesteinen – Graniten. Basierend auf der Analyse zahlreicher Gammastrahlen-Messdiagramme von Tiefbrunnen und den Ergebnissen radiometrischer Laboruntersuchungen einer großen Anzahl von Sedimentgesteinsproben wurde festgestellt, dass reine chemische und organische Sedimente unter ihnen die geringste Radioaktivität aufweisen (Steinsalz, Gips, Kalksteine, Dolomite, Quarzsande, Kieselschiefer, Jaspis). Meeressedimente sind im Allgemeinen radioaktiver als kontinentale.

2.2.2.3. Bodenradioaktivität

Als Hauptquelle radioaktiver Elemente im Boden sollten bodenbildende Gesteine ​​angesehen werden. Daher sind Böden, die auf sauren magmatischen Gesteinen entstanden sind, relativ reich an radioaktiven Elementen (Uran, Radium, Thorium, Kalium), während Böden, die auf basischen und ultrabasischen Gesteinen entstanden sind, arm daran sind. Tonböden sind fast überall reicher an Radioisotopen als Sandböden.

Böden, wie lockere Formationen, Material Zusammensetzung liegen in der Nähe von Sedimentgesteinen und unterliegen daher weitgehend den Verteilungsmustern natürlicher Radionuklide in Sedimenten dieser Genese. Der feine kolloidale Anteil von Böden, der damit verbunden ist Austausch- und Sorptionsprozesse, im Vergleich zu größeren Partikeln mit radioaktiven Elementen angereichert. Gleiches gilt für den organischen Anteil von Böden. Es besteht jedoch ein direkter Zusammenhang zwischen der Radioaktivität des Bodens und der Menge organische Substanz wird bei ihnen nicht beobachtet. Tabelle 10 zeigt die spezifische Aktivität der wichtigsten Bodentypen gemäß VNIIFTRI-Daten (1996). Laut A.P. Vinogradov liegt der Radiumgehalt im oberen Bodenhorizont zwischen 2,8 und 9,5×10 -10 %. Darüber hinaus kommt es in den meisten Böden zu einer starken Verschiebung des radioaktiven Gleichgewichts zwischen Uran und Radium hin zu letzterem, was mit der Auswaschung von Uran durch das Grundwasser einhergeht.

Tabelle 10– Spezifische Aktivität natürlicher Radionuklide in Böden

Hauptbodentypen	Spezifische Aktivität, Bq/kg
Serozeme
Taupe
Kastanie
Tschernozeme
Grauer Wald
Sod-Podzolic
Podzolic
Torfig

Somit ist die Bodenradioaktivität hauptsächlich auf die natürlichen Radioisotope 40 K und 87 Rb zurückzuführen. Das Radioisotop Kalium-40 reichert sich in unterschiedlichem Ausmaß in Lebensmitteln pflanzlichen und tierischen Ursprungs an (Tabelle 11).

Tabelle 11– 40 K-Gehalt in Lebensmitteln

Roggenbrot		Rindfleisch
Pasta		Schweineschmalz
Buchweizen
		Getrocknete Früchte
		Kartoffel
Weizenmehl
Frische Milch
Butter

Beeinflusst durch Prüfungen Atomwaffen und anthropogener Faktoren sind Böden überall mit künstlichen Radionukliden kontaminiert. Beispielsweise beträgt die durchschnittliche Kontaminationsdichte der oberen Bodenschichten auf der Nordhalbkugel mit radioaktivem Cäsium 0,12 Ci/km 2 .

2.2.2.4. Radioaktivität natürlicher Gewässer

Die Radioaktivität von Fluss- und Seegewässern hängt von der Quelle ihrer Nahrung ab. Regen-, Schnee- und Gletscherwasser enthalten geringe Mengen an Salzen, sodass Gewässer in Bergregionen hoher Breiten, die über diese Nahrungsquelle verfügen, hinsichtlich natürlicher Radionuklide praktisch steril sind.

Natürliche Radionuklide gelangen hauptsächlich über das Grundwasser in offene Gewässer an Land. Grundwasser und interstratales Wasser, das Seen und Flüsse speist, bestimmen den Grad der natürlichen Radioaktivität im Wasser dieser Stauseen. Daher unterliegt die Radioaktivität von Fluss- und Seewasser erheblichen Schwankungen. Es hängt direkt von der chemischen und mineralischen Zusammensetzung der von ihnen entwässerten Gesteine ​​ab, in denen sich die Becken von Seen oder Flusseinzugsgebieten befinden. Ein weiterer wichtiger Faktor, der den Grad der Radioaktivität von Wasser in offenen Stauseen beeinflusst, ist das Klima, das den Grad der chemischen Verwitterung von Gesteinen bestimmt, die der Hauptlieferant natürlicher Radionuklide sind.

Schließlich hängt die Konzentration von Radioisotopen in Seen vom Grad des Wasseraustauschs ab. Endorheische Seen in Gebieten mit trockenem Klima können aufgrund der starken Verdunstung von stehendem Wasser erheblich an radioaktiven Elementen angereichert sein.

Wenn wir Flüsse ausschließen, die Uranerzgebiete entwässern, können wir davon ausgehen, dass Flussgewässer im Vergleich zu Meerwasser durch einen geringeren Gehalt an Uran, Radium, Thorium, Kalium und Radon gekennzeichnet sind, obwohl es Ausnahmen von dieser Regel gibt (z. B. Syr Darya). ). Die Tabelle zeigt den Urangehalt in einigen Flüssen nach Angaben von D.S. Nikolaev.

Tisch 12 – Urangehalt im Wasser einiger Flüsse

Während der Hochwasserperiode Radioaktivität Flusswasser nimmt ab, bei Niedrigwasser nimmt er zu. Im Winter, wenn die Flüsse mit Eis bedeckt sind, ist der Gehalt an radioaktiven Gasen Radon und Thoron im Wasser erhöht.

Grundwasser kann im Vergleich zu Oberflächenwasser deutlich mit Uran, Radium, Thorium und Radon angereichert sein. Die Menge der darin enthaltenen radioaktiven Elemente hängt von der Materialzusammensetzung der Wirtsgesteine ​​und der Chemie des Wassers selbst ab. In der Hydrogeologie ist es üblich, Radon-, Radium- und Uranwasser zu unterscheiden, je nachdem, in welcher Zusammensetzung das eine oder andere radioaktive Element vorherrscht. Es gibt auch Mischwässer: Radon-Radium, Uran-Radium, Radium-Mesothorium. Radiumkonzentration in Grundwasser kann 2,5´10 -11% erreichen, und Uran – 3´10 -5%.

Bereits in den dreißiger Jahren des 20. Jahrhunderts war V.G. Khlopin bemerkte eine erhöhte Radiumkonzentration im Wasser Ölfelder. Dies führt derzeit aufgrund der intensiven Ausbeutung von Kohlenwasserstoffvorkommen zur Anreicherung natürlicher Radionuklide auf Prozessanlagen und Pipelines von Öl- und Gasfeldern. In einigen Lagerstätten erreicht die Expositionsdosisleistung der Geräte 6 mR/h und die spezifische Aktivität natürlicher Radionuklide im Schlamm übersteigt 10 5 Bq/kg. Die Folge davon ist eine unkontrollierte Belastung des Personals und der Öffentlichkeit.

2.2.2.5. Radioaktivität der atmosphärischen Luft

Die Erdatmosphäre enthält immer gasförmige radioaktive Stoffe in Form von Inertgasen – Radon, Thoron und Aktinon, deren Quelle ausströmendes Gestein ist. Radioaktiv Emanationen Sie gelangen vom Boden in die atmosphärische Luft und werden dann von horizontalen und vertikalen Luftströmen transportiert. Radioaktive Gase wiederum verwandeln sich beim Zerfall in feste Radioisotope, die in Form von aktivem Niederschlag auf die Erdoberfläche fallen.

Actinon und Thoron sind nicht langlebig. Die Halbwertszeit der ersten Emanation beträgt nur 3,92 s und die der zweiten 54,5 s, sodass sie in geringen Mengen nur in den untersten Schichten der Atmosphäre in der Nähe vorkommen Erdoberfläche. Die Halbwertszeit von Radon ist signifikanter (3,82 Tage), wodurch die Emanation selbst und ihre Zerfallsprodukte vom Ort der Freisetzung über weite Strecken durch den Wind transportiert werden.

Beobachtungen zeigen, dass die unteren Schichten der Atmosphäre über den Kontinenten 1-2 Radonatome pro 1 cm 3 Luft enthalten. Die Konzentration von Thoron ist normalerweise 10.000-mal geringer. Die atmosphärische Luft über dem Ozean enthält 100-mal weniger Radon als über Land. Die Radonkonzentration nimmt mit der Höhe schnell ab. Bereits in 1 km Höhe beträgt seine Menge das Zweifache und in 4 km Höhe ist er 14 Mal geringer als an der Erdoberfläche.

Das Verteilungsmuster der Zerfallsprodukte radioaktiver Emanationen ist völlig anders. Viele der festen Radioisotope, die den Emanationen in der natürlichen radioaktiven Reihe folgen, sind in den unteren Schichten der Atmosphäre nahezu gleichmäßig verteilt. Beispielsweise ist die Konzentration von Ra D am Boden und in einer Höhe von 10 km nahezu gleich.

In der Luft enthaltene feste radioaktive Partikel werden durch kondensierende Wassertropfen eingefangen und fallen mit Niederschlägen auf die Erdoberfläche. Nach starken Regenfällen und Schneefällen nimmt die Radioaktivität der Luft ab.

Neben radioaktiven Emanationen und festen Zerfallsprodukten enthält die Atmosphäre Radioisotope, die unter dem Einfluss kosmischer Strahlung entstehen. Zu diesen Radionukliden gehört vor allem Kohlenstoff-14, dessen Menge in der Luft vernachlässigbar ist.

Der Beitrag einzelner natürlicher Quellen zur Bildung wirksamer menschlicher Dosisäquivalente ist in Tabelle 13 dargestellt.

Tabelle 13– Für den Menschen wirksame Äquivalentdosen aus natürlichen Quellen

Strahlungsquellen	Weltweite Durchschnittsdaten
Kosmische Strahlung
Gammastrahlung von der Erde
Interne Belichtung
Strahlung von Baumaterialien (Radon)

Vorherige

Sie werden radioaktiv genannt chemische Elemente, deren Isotope alle radioaktiv sind, also eine Ansammlung radioaktiver Atome mit der gleichen Kernladung. Es ist bekannt, dass es derzeit möglich ist, radioaktive Isotope fast aller Elemente des Periodensystems von D. I. Mendeleev zu erhalten, aber solche Elemente werden normalerweise nicht als radioaktiv bezeichnet.

Am meisten radioaktiv sind die schweren Elemente, die am Ende des Periodensystems nach Wismut stehen. Wismut ist das letzte stabile Element im System, da es das Grenzverhältnis der Anzahl der Neutronen und Protonen (N/Z = 126/83 = 1,518) erreicht, was immer noch die Stabilität des Kerns gewährleistet. Für Elemente mit Z> 83 gilt: die Anzahl der Neutronen ist zu hoch und die Instabilität des Neutrons selbst beginnt sich auszuwirken. Nur zwei Elemente – Technetium (Nr. 43) und Promethium (Nr. 61) – gehorchen dieser Regel nicht und ihre Instabilität hängt mit einem anderen Umstand zusammen. Das Fehlen von Technetium und Promethium in der Natur ist darauf zurückzuführen, dass ihre Halbwertszeiten kürzer sind als das Alter der Erde. Und zweitens sind diese Elemente keine Mitglieder der natürlichen radioaktiven Reihe, sodass ihr Vorrat aufgrund der Radioaktivität nicht erneuert wird Gleichgewicht. Darüber hinaus ist das Fehlen stabiler Isotope – Technetium (Nr. 43) und Promethium (Nr. 61) aufgrund quantenmechanischer Selektionsregeln.

Die Chemie radioaktiver Elemente unterscheidet sich in den oben genannten Merkmalen von der Chemie nichtradioaktiver Elemente. IN natürliche Objekte Und wenn radioaktive Elemente künstlich hergestellt werden, liegen sie in äußerst geringen Konzentrationen vor, sodass die Untersuchung ihrer Eigenschaften normalerweise mit spezifischen Methoden durchgeführt wird. Nur Uran und Thorium wurden seit den ersten Jahren ihrer Entdeckung mit Methoden der klassischen Chemie untersucht. In den letzten Jahren ist es möglich geworden, radioaktive Elemente wie Neptunium, Plutonium, Technetium, Polonium und einige andere in analytischen Mengen zu untersuchen.

Radioaktive Elemente werden unterteilt in natürlich (natürlich) und künstlich. Zu den natürlichen radioaktiven Elementen gehören Elemente mit den Seriennummern 84 bis 92: Uran, Thorium und ihre Zerfallsprodukte, Polonium, Astat, Radon, Francium, Radium, Actinium und Protactinium.

Zu den künstlichen Elementen gehören Technetium, Promethium und die sogenannten Transuran-Elemente mit Seriennummern von 93 bis 110: Neptunium, Plutonium, Americium, Curium, Berkelium, California, Einsteinium, Fermium, Mendelevium, Nobelium, Lawrencium, Rutherfordium (Nr. 104) , Dubnium (Nr. 105), Seaborgium (Nr. 106), Bohrium (Nr. 107), Hassium (108), Meitnerium (Nr. 109), Röntgenium (Nr. 110).

Die Elemente von Actinium (Nr. 89) bis Lawrencium (Nr. 103) bilden eine Gruppe namens Aktiniden.

Die Einteilung radioaktiver Elemente in natürliche und künstliche Elemente ist willkürlich. Astat wurde zunächst künstlich gewonnen, später wurden seine kurzlebigen Isotope in den Familien Uran-238, Uran-235 und Thorium-232 entdeckt. Das künstliche Element Plutonium kommt in Konzentrationen von 10 -14 g pro 1 g Uran vor Uranerze. Radioaktive Isotope aller natürlichen Elemente werden künstlich gewonnen.

Aufgrund ihrer chemischen Natur gehören radioaktive Elemente nicht zu einer bestimmten Periode oder zu einer bestimmten Gruppe von Elementen des Periodensystems. Darunter sind sp-Elemente (Francium, Radium, Polonium, Radon, Astat), d-Elemente (Technetium, Elemente mit Z ≥ 104) sowie f-Elemente (Promethium und Elemente mit Z = 89 ÷ 103).

Die Chemie radioaktiver Elemente verstehen und studieren, Kenntnisse über die Eigenschaften und das Verhalten der entsprechenden Elemente stabile Analoga.

Die Beschreibung radioaktiver Elemente erfolgt üblicherweise nach folgendem Schema:

Position in Periodensystem;

Entdeckungsgeschichte;

physikalische Eigenschaften;

Chemische Eigenschaften;

Isolationsmethoden;

Bestimmungsmethoden;

Anwendung.

Die vorgeschlagene Reihenfolge der Darstellung der Eigenschaften radioaktiver Elemente basiert auf einer Erhöhung ihrer Ordnungszahl.

11.1 TECHNETIUM (ECAMANGAN) 43 TC

DI. Mendelejew sagte die Existenz von Technetium voraus, ließ dafür in der Tabelle eine leere Zelle und nannte es Ecamangan. Die Entdeckung des Elements Nummer 43 wurde mehrmals angekündigt, aber jedes Mal war die Ankündigung falsch. Zahlreiche Versuche, das Element Nummer 43 in der Natur nachzuweisen, waren erfolglos. 1934 formulierte der deutsche Physiker Matthauch die Regel, dass ungerade stabile Isotope keine stabilen Isobaren haben können. Wenn also das Isotop des Elements Nr. 41 Niob-93 stabil ist, müssen die Isotope der benachbarten Elemente Zirkonium-93 und Molybdän-93 unbedingt radioaktiv sein. Die Regel gilt für alle Elemente, auch für Element Nummer 43. Dieses Element liegt zwischen Molybdän (Atomgewicht 95,92) und Ruthenium (Atomgewicht 101,07). Folglich sollte die Massenzahl der stabilen Isotope dieses Elements den Bereich von 96–102 nicht überschreiten. Aber alle stabilen „Stellen“ in diesem Bereich sind besetzt. Molybdän hat stabile Isotope mit den Massenzahlen 96, 97, 98 und 100, und Ruthenium hat stabile Isotope mit den Massenzahlen 99, 101, 102 und einigen anderen. Das bedeutet, dass Element Nummer 43 kein einziges nicht radioaktives Isotop haben kann. Die Entdeckung des Elements Nummer 43 wurde mehrmals angekündigt, aber jedes Mal war die Ankündigung falsch. 1934 formulierte der deutsche Physiker Matthauch eine Regel, nach der es möglich ist, das Vorhandensein stabiler Isotope in einem Element festzustellen. Nach dieser Regel müssen alle Isotope des Elements 43 radioaktiv sein. Im Jahr 1937 identifizierten E. Segre und C. Perrier in Palermo Technetium in einer Molybdänprobe, die in einem Zyklotron mit Deuteronen bestrahlt wurde, durch die Reaktion:

Das Element Nummer 43 wurde vom griechischen Wort technetos (Kunst) Technetium genannt und war somit das erste künstlich hergestellte Element. Da Molybdän aus mehreren stabilen Isotopen besteht, entstehen beim Beschuss mehrere Technetiumisotope:

; ; .

Technetium wurde später beispielsweise durch andere Kernreaktionen gewonnen

; ; .

Derzeit wird Technetium auf zwei Arten hergestellt. Eine davon ist die Bestrahlung von Molybdän mit Neutronen in einem Kernreaktor:

Die Halbwertszeit beträgt 2,12·10 5 Jahre. Wenn 1 kg Molybdäntrioxid zwei Monate lang in einem Reaktor mit einer Neutronenflussdichte von 10 14 cm -2 ∙s -1 bestrahlt wird, entstehen 10-15 mg Technetium-99.

Die zweite Möglichkeit besteht darin, Technetium aus den Produkten der Uranspaltung zu isolieren, das heute die Hauptproduktionsquelle darstellt. In einem Reaktor mit einer Leistung von etwa 1000 MW fallen im Laufe des Jahres etwa 9 kg an und werden so zu einem für technische Zwecke zugänglichen Stoff.

1952-53 Spektrallinien von Technetium wurden in den Spektren von Sternen entdeckt. Den Spektren nach zu urteilen ist das Element Nr. 43 dort nicht weniger verbreitet als Zirkonium, Niob, Molybdän, Ruthenium. Dies bedeutet, dass die Synthese der Elemente im Universum weitergeht.

In der Erdkruste erfolgt die Bildung von Technetium bei der spontanen Spaltung von Uran-235 und als Folge von Kernreaktionen von Molybdän, Niob und Ruthenium, die unter dem Einfluss kosmischer Strahlung, Neutronen aus der spontanen Spaltung von Uran und Alphateilchen auftreten entstehen beim Zerfall natürlicher radioaktiver Elemente. Der 99 Tc-Gehalt wird auf 5∙10 -10 g pro kg Uran-235 geschätzt.

Derzeit sind 20 Isotope und Kernisomere von Technetium mit Massenzahlen von 92 bis 107 und Halbwertszeiten von einigen Sekunden bis 2·10 6 Jahren bekannt. Die wichtigsten davon sind das Isotop und sein Kernisomer.

Elementares Technetium ist ein silberfarbenes Metall, das zur YII-Elementgruppe des Periodensystems von D. I. Mendelejew gehört. Bei niedrige Temperaturen Er hat Supraleitung.

Technetium bezieht sich zur Mangan-Untergruppe (Mn – Tc – Re). Die chemische Aktivität von Elementen der Mangan-Untergruppe nimmt in der Reihe ab Mn – Tc – Re. Die chemischen Eigenschaften von Technetium ähneln eher denen von Rhenium als denen von Mangan. Sowohl Rhenium als auch Technetium bilden Verbindungen mit Oxidationsstufen von +1 bis +7. Die stabilste und charakteristischste Oxidationsstufe von Technetium ist jedoch +7. In niedrigeren Oxidationsstufen ähnelt Technetium eher Mangan und in höheren Oxidationsstufen ähnelt es eher Rhenium. Für Technetium (V11) sind Verbindungen wie Tc 2 O 7 -Oxid, HTcO 4 -Säure und ihre Salze bekannt. НTcО 4 ist ein dunkelroter hygroskopischer Kristall, der in Wasser gut löslich ist. Hinsichtlich der Stärke liegt technische Säure in der Reihe: HClO 4 > HMnO 4 > HTcO 4 > HReO 4. Die Salze dieser Säuren sind isomorph. In der gleichen Reihe nimmt die Löslichkeit von Salzen ab. Daher zeichnen sie sich durch die Bildung schwerlöslicher Salze mit Kationen wie Cs +, Tl 3+, [(C 6 H 5)As] +, [(C 6 H 5)P] + aus.

Andere Oxidationsstufen von Technetium sind durch Hydrolyse- und Komplexierungsreaktionen gekennzeichnet, die in der Chemie dieses Elements eine wichtige Rolle spielen.

Da Technetium in Uranspaltprodukten und Molybdäntargets enthalten ist, besteht eine wichtige Aufgabe darin, Technetium von den Spaltprodukten und vom Molybdän zu trennen.

Nach dem Effizienzgrad lassen sich Methoden zur Technetium-Isolierung wie folgt einstufen: Extraktion > Ionenaustausch > Fällung > Destillation > Elektrochemisch. Beispielsweise können Kopräzipitationsverfahren mit Schwermetallsulfiden und schwerlöslichen Perchloraten verwendet werden, um Technetium von Spaltprodukten abzutrennen. Nach Einbringen von ClO als Träger wird Technetium mit Tetraphenylarsoniumchlorid in Form von [(C 6 H 5)As]TcO ausgefällt 4 und anschließend durch elektrochemische Fällung oder durch Destillation in Form von Tc 2 O 7 gereinigt.

Zur Bestimmung von Technetium werden radiometrische, aktivierende, spektrophotometrische, elektrochemische und gravimetrische Methoden eingesetzt. Die Gewichtsformen von Technetium sind Tetraphenylarsoniumpertechnate und Heptasulfid. Anwendung Technetium ist sowohl auf seine einzigartigen Eigenschaften als auch auf die günstigen kernphysikalischen Eigenschaften seines Hauptisotops (lange Halbwertszeit, weiche B-Strahlung) zurückzuführen. Besitzen hohe Korrosionsbeständigkeit und kleinem Aktivierungsquerschnitt ist Technetium ein vielversprechendes Material Korrosionsschutzbeschichtungen im Reaktorbau. Pertechnat – ein Ion in sauerstoffhaltigen Umgebungen in einer Konzentration von mehreren mg/l ist einer der stärksten Korrosionsinhibitoren für Stahl. Supraleitung von Technetium und seinen Legierungen ermöglicht die Verwendung als Strukturmaterial für supraleitende Magnete sowie zur Herstellung von Hochtemperatur-Thermoelementen. Wird zur Vorbereitung von Quellen für die Radiographie und zum Testen radiometrischer und dosimetrischer Instrumente verwendet. In der Medizin wird es zur Diagnose von Erkrankungen der Schilddrüse, des Herzmuskels, des Gehirns, der Knochen und urologischer Erkrankungen eingesetzt. Um es zu erhalten, wird ein Isotopengenerator hergestellt, der aus einer Salpetersäurelösung an einer Al 2 O 3-Säule adsorbiert und anschließend das Technetium mit verdünnter Salpetersäure ausgewaschen wird.

11.2 PROMETHIUM –

Die Vermutung über die Existenz eines Elements mit der Seriennummer 61 wurde 1902 von B. Brauner aufgestellt. Die Suche nach diesem Element in der Natur blieb erfolglos. Nach der Mattauch-Regel können die Kerne eines Elements mit der Ordnungszahl 61 keine stabilen Isotope haben; das Element ist radioaktiv. Das Element mit der Ordnungszahl 61 wurde erstmals 1938 von M. Poole und L. Quill durch Bestrahlung von Neodym mit Deuteronen mittels einer Kernreaktion gewonnen

Allerdings wurde in diesen Studien keine chemische Isolierung durchgeführt. Promethium wurde erstmals 1947 von G. Marinsky und L. Glendenin chemisch aus Produkten der Uranspaltung isoliert, wobei die Ionenaustauschmethode zur Trennung von Seltenerdelementen eingesetzt wurde. Wissenschaftler, die ein neues chemisches Element isolierten, benannten es zu Ehren des mythologischen Titanen Prometheus, der das Feuer stahl und es den Menschen schenkte.

Erst nach künstlicher Gewinnung konnte Promethium in der Erdkruste nachgewiesen werden. In der Natur konnte nur Promethium-145 überleben, da seine Halbwertszeit mit der Lebensdauer der Erdkruste vergleichbar ist. IN Uranerze dieses Isotop ist in einer Menge von 4,10 -15 mg pro 1 g Uran enthalten.

Derzeit sind 22 Isotope und Kernisomere von Promethium bekannt, das zugänglichste und praktischste ist jedoch (T 1/2 = 2,7 Jahre).

Die Hauptproduktionsquelle ist die Spaltung von Uran-235-Kernen. In einem 100-kW-Kernreaktor wird 1 mg pro Tag produziert, was die Gewinnung dieses Isotops in Kilogrammmengen ermöglicht.

Eine weitere Produktionsquelle ist die Reaktion:

Es handelt sich um eine langlebige radioaktive giftige Substanz, die bei der Explosion einer Atombombe entsteht.

Promethium gehört zur Cer-Gruppe der Lanthaniden. Die elektronische Konfiguration des neutralen Promethiumatoms entspricht der Formel 5f 5 6s 2.

Die nächsten chemischen Analoga von Promethium sind seine benachbarten Lanthanoide – Neodym und Samarium. Seine chemischen Eigenschaften sind denen von Neodym und anderen Lanthanoiden sehr ähnlich. Promethiummetall, T pl. =1168,С 0. Gemäß seiner Position im Periodensystem ist die einzige stabile Oxidationsstufe von Promethium +3. In reinem Zustand wurden Pm 2 O 3 -Oxid, PmCl 3 -Chlorid, das eine gelbe Farbe hat, und Pm(NO 3) 3 -Nitrat erhalten Pinke Farbe, sowie Oxalat Pm 2 (C 2 O 4) 3 · 10 H 2. Promethium bildet wie andere Seltenerdelemente komplexe Verbindungen mit einer Vielzahl von Liganden mit den Koordinationszahlen 7, 8, 9 und 12. Die Natur der Element-Ligand-Bindung ist überwiegend ionischer Natur.

In extrem verdünnten Lösungen bei pH-Wert< 3 прометий находится в ионном состоянии. При рН >3, durch Hydrolyse beginnt die Bildung von Radiokolloiden. Bei einem pH-Wert von 6–7 wird Promethium stark an Glas adsorbiert.

Die wichtigsten Methoden Entladung Promethium ist Ionenaustauschchromatographie und -extraktion. Zur Isolierung von Promethium werden auch Kofällungsverfahren eingesetzt, die auf der Isomorphie von Oxalaten und Fluoriden seltener Erdelemente oder auf der Adsorption von Promethium an Metalloxiden und -hydroxiden basieren. Aus bestrahlten Materialien, Uranspaltprodukten und natürliche Materialien Promethium wird mit der Fraktion freigesetzt seltene Erdvorkommen und Yttrium, dessen Abtrennung die Hauptaufgabe bei der Herstellung und Analyse von Promethium ist.

Die gebräuchlichste Methode Definitionen ist eine radiometrische Methode. Es basiert auf der Messung der Betaaktivität von Arzneimitteln.

Alle Bereiche Anwendungen Aufgrund seiner kernphysikalischen Eigenschaften (weiche Betastrahlung, E max = 0,2 MeV, Abwesenheit von g-Hintergrund, lange Halbwertszeit (1 g hat eine Aktivität von etwa 940 Ci) wird es zur Herstellung von Miniaturen verwendet Isotopenstromquellen(Atombatterien), in denen die Energie der Strahlung in Elektrizität umgewandelt wird. Solche Quellen werden in der Weltraumforschung, in Radioisotop-Herzstimulanzien und in Hörgeräten verwendet.

Reis. Kernelektrische Batterie

Die Besonderheit besteht darin, dass es praktisch keine Gammastrahlen erzeugt, sondern nur weiche B-Strahlung – es wird zur Herstellung verwendet Isotopenionisatoren um elektrostatische Aufladungen zu entfernen. Als Quelle für b-Strahlung wird Promethium in zerstörungsfreien Prüfgeräten zur Messung der Dicke und Dichte dünner Materialien verwendet.

11.3 POLONIUM

Das Element mit der Seriennummer 84 wurde 1889 von D. I. Mendeleev vorhergesagt und von M. Curie bei der Untersuchung der anomalen Radioaktivität von Uranmineralien entdeckt. Element Nummer 84 wurde nach Marias Heimat Polonium benannt. Dies ist das erste Element, das nach der Entdeckung der Radioaktivität in D.I. Mendelejews Tabelle aufgenommen wurde. Es ist auch das erste (in der Reihenfolge der Ordnungszahlen) und leichteste Element, das keine stabilen Isotope hat. Es ist auch eines der ersten radioaktiven Elemente, die in der Weltraumforschung eingesetzt wurden.

Es gibt 6 natürliche Isotope, 20 radioaktive künstliche Isotope und 9 Poloniumisomere mit Massenzahlen von 192 bis 218.

Das wichtigste Poloniumisotop ist ein Mitglied der natürlichen radioaktiven Reihe 238 U. Polonium kommt in der Natur sehr selten vor, es kommt nur als Produkt des radioaktiven Zerfalls in Uran vor, bei dem es durch den Zerfall von Uran entsteht. 238:

U............... (stabil)

Mit diesem Poloniumisotop beschäftigten sich M. und P. Curie. Somit kann die Quelle von Polonium-210 aktives Radonsediment sein, das sich in alten Radonampullen ansammelt. Im Gleichgewicht mit 1 g Uran liegen 7,6·10 -11 g Po und mit 1 g Ra 2,24·10 -4 g vor. Die Häufigkeit in der Erdkruste beträgt 2·10 -14 Gew.-%.

Derzeit werden sie in einem Kernreaktor durch Bestrahlung eines Wismut-Targets mit Neutronen hergestellt:

Bi (n, g) Bi Po

Ein langlebigeres Poloniumisotop mit einer Massenzahl von 209 und einer Halbwertszeit von 103 Jahren kann durch Bestrahlung eines Wismut-209-Targets in einem Zyklotron mit Protonenflüssen erhalten werden:

Die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Polonium wurden mit chemischen Mikromethoden untersucht, da Studien mit großen Poloniummengen durch die hohe spezifische Radioaktivität von Polonium (Massenaktivität beträgt 1,7 · 10 14 Bq/g) erschwert werden. Tellur ist ein spezifischer Träger zur Untersuchung des Verhaltens von Mikromengen Polonium.

Polonium ist ein silbergraues Metall mit gelblicher Tönung, das an Thallium und Wismut erinnert und im Dunkeln leuchtet. Polonium ist ein niedrig schmelzendes und leicht flüchtiges Element mit einem Schmelzpunkt von 254 0 C und einem Siedepunkt von 962 0 C. An der Luft oxidiert es schnell zu PoO 2 und interagiert mit Halogenen zu Verbindungen wie RoG 4. Poloniummetall löst sich in Salpeter- und Salzsäure.

Die elektronische Konfiguration von Polonium im Grundzustand ist 4 f 14 5d 10 6s 2 6p 4, daher können wir davon ausgehen, dass die Oxidationsstufen dieses Elements –2, +2, +4, +6 sind.

Polonium ist ein Element der Hauptuntergruppe der UI-Gruppe des Periodensystems. Die stabilste Oxidationsstufe ist +4. In der elektrochemischen Reihe nimmt Polonium einen Platz zwischen Tellur und Silber ein.

In seinen chemischen Eigenschaften ähnelt Polonium seinem Gegenstück aus der Gruppe des Periodensystems, Tellur, und teilweise auch Wismut.

Polonium bildet mit Blei und Kaliumtelluraten isomorphe Kristalle.

In wässrigen Lösungen ist Polonium der stärkste Kolloidbildner; im pH-Bereich ≥ 1 werden alle Salze und Komplexverbindungen des Poloniums hydrolysiert und bilden sowohl echte Lösungen als auch Pseudokolloide.

Im pH-Bereich = 7,5 bilden Poloniumsalze echte Kolloide und werden gut auf Glas und Papier adsorbiert.

Für Abteilungen Polonium aus Bestandteilen aktiver Radonrückstände und aus große Mengen Es wird bestrahltes Wismut verwendet elektrochemische Methoden, Extraktion, Chromatographie und Kopräzipitation. In der Laborpraxis erfolgt die Trennung von Polonium und Wismut durch Kopräzipitation mit elementarem Tellur während der gemeinsamen Reduktion sowie durch stromlose Abscheidung, wobei im Vergleich zu Blei, Wismut und Tellur ein positiverer Wert des Polonium-Freisetzungspotentials verwendet wird.

Verfahren Extraktion Polonium aus geschmolzenem Bismut bei 400–500 °C mit Natriumhydroxid in einer inerten Atmosphäre ist eine technologische Methode zur Gewinnung aus bestrahltem Bismut.

Aufgrund der hohen Wärmeentwicklung von Polonium ist dies vor allem der Fall verwenden als Quelle Wärmeenergie im Raumschiff. Der Nachteil von Polonium-210 ist seine relativ kurze Halbwertszeit von nur 138 Tagen, was die Lebensdauer der Radioisotop-Wärmequelle verkürzt.

Polonium-210-Funde Anwendung als am besten zugängliche B-Quelle und zur Herstellung von Polonium-Beryllium-Neutronenquellen mit geringer Gammaaktivität. Aufgrund seiner hohen Wärmeabgabe wird Polonium als Isotopenquelle für Wärmeenergie in Raumfahrzeugen verwendet.

Beim Umgang mit Polonium ist besondere Vorsicht geboten. Vielleicht ist dies eines der gefährlichsten radioaktiven Elemente. Seine Aktivität ist so groß, dass es zwar nur Alphateilchen aussendet, man es aber nicht mit den Händen anfassen kann, da es zu schweren Hautverbrennungen kommen kann. Es dringt leicht durch die Haut ein. Polonium ist auch aus der Ferne gefährlich, da es leicht in Aerosolform übergeht und die Luft verunreinigt. Daher ist es notwendig, in geschlossenen Kammern damit zu arbeiten. Durch die Einhaltung dieser Bedingungen kann man sich leicht vor der Alphastrahlung von Polonium schützen.

11.4 ASTAT

D. I. Mendeleev hat in der Tabelle eine Zelle für das Element mit der Seriennummer 85 hinterlassen.

Im Jahr 1940 erhielten E. Segre, K. McKenzie und D. Corson am Zyklotron der University of California durch Bestrahlung eines Wismut-Targets mit B-Partikeln das künstliche Element Nr. 85:

oder Bi(a,3n) At

Später wurde nachgewiesen, dass Astat in den Familien Uran -235, 238 und Thorium-232 gebildet wird, aber alle von ihnen haben als B-Strahler sehr kurze Halbwertszeiten. Astat ist das am wenigsten verbreitete Element auf unserem Planeten. In der Erdkruste wird der Astatgehalt in einer Schicht von 1,6 km auf 69 mg geschätzt.

Astatine – aus dem Griechischen übersetzt bedeutet instabil. Früher wurde es als Astat bezeichnet, derzeit wird das Element zur Standardisierung als Astat bezeichnet.

Es sind 24 Astat-Isotope mit Massenzahlen von 196 bis 219 bekannt. Die wichtigsten davon sind die langlebigen Isotope – mit Halbwertszeiten von 8,3 bzw. 7,2 Stunden. Astat hat keine langlebigen Isotope. Nur in dieser Hinsicht Kleinstmengen Element. In der Regel werden Untersuchungen mit Astatinkonzentrationen von 10 -11 -10 -15 mol/l und einer massenspezifischen Aktivität von 7,4·10 13 Bq/mg durchgeführt. Astatin hat weder Isotopenträger noch einen ausreichend zufriedenstellenden spezifischen Träger.

Astat ist das schwerste Element der Halogengruppe. Die Eigenschaften von molekularem Astat ähneln denen von molekularem Jod, es weist jedoch wie alle schweren Elemente eine Reihe metallischer Eigenschaften auf. Das neutrale Astat-Atom hat die elektronische Konfiguration 4f 14 5f 10 6s 2 6p 5.

Oxidationsstufen sind –1, +1, +3, +5 und wahrscheinlich +7. Die stabilste davon ist -1. Wie Wismut und Polonium kann Astat Radiokolloide bilden und an Glas und anderen Materialien adsorbiert werden.

In Übereinstimmung mit den Methoden zur Gewinnung von Astat muss dies der Fall sein separate aus großen Mengen an bestrahltem Wismut, Uran, Thorium und Spaltprodukten. Ein mit Alphateilchen bestrahltes Wismuttarget enthält praktisch keine radioaktiven Verunreinigungen anderer Elemente. Daher besteht die Hauptaufgabe bei der Isolierung von Astat darin, große Mengen Wismut aus einem geschmolzenen Ziel durch Destillation zu entfernen. Astat sublimiert analog zu Jod, was die Grundlage für seine Trennung vom Ziel ist. Dabei wird Astat entweder aus der Gasphase an Platin oder Silber adsorbiert, auf Glas kondensiert oder von Sulfit- oder Alkalilösungen absorbiert.

Der Einzige Bestimmungsmethode Astat ist radiometrisch. Die Isotope 209, 210, 211 At können sowohl durch a-Strahlung als auch durch g- oder Röntgen-K, L-Strahlung bestimmt werden.

Elementares Astatin ist in organischen Lösungsmitteln gut löslich und kann mit Jod als Träger leicht daraus extrahiert werden. Der Verteilungskoeffizient von Astat ist höher als der von Jod. Unter Einwirkung starker Oxidationsmittel (HClO 4, K 2 S 2 O 8, HIO usw.) in Salpeter- und Perchlorsäurelösungen von Astatin entsteht offensichtlich das Astatin-Ion AtO, das isomorph mit AgIO 3 copräzipitiert. In Form eines Astatidions wird At – isomorph mit AgI und TlI copräzipitiert. Im Körper verhält sich Astat wie Jod (akkumuliert sich in der Schilddrüse). Darauf basiert es Verwendung als Radiopharmazeutikum zur Behandlung von Schilddrüsenerkrankungen. Da Astat ein Alphastrahler ist, ist seine Verwendung für diesen Zweck der Verwendung von Jod-131 vorzuziehen, das eine Quelle harter Betastrahlung ist. Es wird mit Hilfe von Thiocyanationen, die mit Astatin einen starken Komplex bilden, aus dem Körper ausgeschieden.

11,5 RADON (86 Rn)

Im Jahr 1899 entdeckte M. Curie, dass die Luft um Radiumverbindungen zum Stromleiter wird. Durch die Untersuchung der Prozesse des radioaktiven Zerfalls von Uran-238, Thorium-232 und Uran-235 stellten R. B. Owens, W. Ramsay, J. Rutherford und F. Dorn unabhängig voneinander fest, dass es sich um Isotope handelt Radium - 226 Ra, 224 Ra, 223 Ra Durch die Emission von a-Teilchen werden diese in Isotope eines Elements mit einer Ordnungszahl umgewandelt 86-Radon (222 Rn), Thoron (220 Rn).) , Actinon (219 Rn). Im Allgemeinen wird für dieses Element der Name Radon nach seinem langlebigsten Isotop 222 Rn mit T 1/2 = 3,8 Tagen übernommen. Da Uran, Thorium und Radium in der Natur (Erze, Boden, Wasser) weit verbreitet sind, kommt Radon im Boden und in der Erdatmosphäre vor.

Neben natürlichen Radonisotopen wurden inzwischen mehr als 10 kurzlebige Isotope mit Massenzahlen von 202 bis 224 künstlich gewonnen. Die Hauptmethoden zur Gewinnung künstlicher Radonisotope sind tiefe Spaltungsreaktionen, die bei der Bestrahlung auftreten Thorium Ziele Protonen hohe Energien.

Die Bestimmung der Molekülmasse von Radon ergab, dass es sich um ein einatomiges Gas handelt.

Radon das schwerste Element der Nullgruppe. Radon farblos, verflüssigt sich zu einer phosphoreszierenden Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von -61,8 °C und erstarrt bei -71 °C. Festes Radon leuchtet mit einer leuchtend blauen Farbe, die mit elektrischem Radon verglichen wird.

Forschung chemisch Eigenschaften von Radon zeigten, dass Radon und seine Isotope chemisch sind Analoga von Inertgasen. Seine elektronische Konfiguration 5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 6 , diese. seine äußeren elektronischen Ebenen sind vollständig gefüllt, was die Trägheit von Radon bestimmt. Gleichzeitig bildet Radon, obwohl es zur Gruppe der Edelgase gehört, sehr spezifische Verbindungsgruppen. So bildet Radon Clathratverbindungen mit Wasser, Phenol, Toluol usw. Bei Clathratverbindungen von Radon erfolgt die Verbindung aufgrund von Van-der-Waals-Kräften.

Radon bildet wie andere Inertgase unter Einwirkung starker Oxidationsmittel, zum Beispiel flüssiges Fluor, Fluoride, O 2 F 2, unter bestimmten Bedingungen Fluoride - RnF 2 sowie komplexe Ionen wie z RnF ×MeF 6 , RnF 2 ×2Sb F 5 , RnF 2×2Bi F 5 Und RnF 2 ×I F 5.

Radon wird durch Anreicherung beim Zerfall von Radium in Lösung in speziellen Vakuumgeräten gewonnen.

Historisch gesehen ist die erste und gebräuchlichste Methode die radiometrische Methode zur Bestimmung von Radon anhand der Radioaktivität seiner Zerfallsprodukte. 222 Rn kann auch direkt aus der Intensität seiner eigenen Alphastrahlung bestimmt werden. Eine praktische Methode zur Bestimmung von Radon ist die Extraktion mit Toluol und die anschließende Messung der Aktivität der Toluollösung mit einem Flüssigkeitsszintillationszähler.

Das Hauptanwendungsgebiet von Radon ist die Medizin. Radon anwenden künstlich zu erhalten Radonbäder bei der Behandlung von Rheuma, Radikulitis, Herz-Kreislauf-, Haut- und einer Reihe anderer Erkrankungen.

Radon hat auch Anwendung gefunden in zerstörungsfreie Prüfmethoden zum Aufspüren von Pipeline-Lecks, für Forschungszwecke Geschwindigkeit der Gasbewegung usw.

Da Radon beim Eindringen in den Körper äußerst gefährlich ist, ist es ratsam, alle Eingriffe unter Kontrolle durchzuführen spezielle Bedingungen, um ein Eindringen zu verhindern Atmungssystem. Gefährlich ist nicht Radon selbst, sondern seine Zerfallsprodukte. Alle Forscher, die mit festem Radon gearbeitet haben, betonen die Undurchsichtigkeit dieses Stoffes. Der Grund für die Opazität ist die sofortige Ablagerung fester Radon-Zerfallsprodukte, die b-, c-, d-Strahler sind. Dabei ist die therapeutische Wirkung von Radon nicht auf das Radon selbst zurückzuführen, sondern auf die Ablagerung seiner Zerfallsprodukte im Körper.

In Bezug auf Radon kann der Beiname „am meisten“ viele Male wiederholt werden: das schwerste, seltenste und teuerste aller bekannten Gase auf der Erde.

11,6 FRANKREICH (87 Fr)

Unter den Elementen am Ende des Periodensystems von D. I. Mendeleev gibt es solche, von denen Laien viel gehört haben und wissen, aber es gibt auch solche, über die selbst ein Fachmann wenig sagen kann. Zu ersteren zählen beispielsweise Radium und Radon. Zur zweiten Gruppe gehört ihr Nachbar im Periodensystem – Francium. Im Jahr 1879 sagte Mendelejew auf der Grundlage des von ihm geschaffenen Periodensystems die Existenz voraus und beschrieb die Eigenschaften das schwerste Alkali Element-Ekatsiya.

Erst 1939 entdeckte Margarita Perey, eine Schülerin von Marie Skladovskaya-Curie, das Element mit der Seriennummer 87 und isolierte es chemisch aus den Zerfallsprodukten der 235 U-Reihe. Es entsteht beim b-Zerfall von Ac. M. Perey nannte dieses Element Francium (Fr) zu Ehren ihrer Heimat:

Aus den Zerfallsprodukten von Actinium wurde Francium durch Kopräzipitation mit Cäsiumperchlorat isoliert. In der Natur kommt Francium in vernachlässigbaren Mengen in allen Uranerzen vor (1 Atom Fr pro 7,7 × 10 14 Atome 235 U oder 3 × 10 18 Atome natürliches Uran).

Derzeit sind 27 Isotope von Francium mit Massenzahlen von 203 bis 229 bekannt, von denen zwei Isotope mit den Massenzahlen 223 und 224 in der Natur vorkommen und zu den radioaktiven Familien 235 U und 232 Th gehören. Von allen bekannten Franciumisotopen ist nur 223 Fr von Interesse, da es das langlebigste ist (Halbwertszeit 22 Minuten).

Zusätzlich zur Isolierung aus Aktinium-Zerfallsprodukten wird 223 Fr durch Bestrahlung von 226 Ra mit Neutronen nach folgendem Schema erhalten:

226 Ra(n,g) 227 Ra 227 Ac 223 Fr

Francium ist aus zwei Gründen interessant: Erstens ist es das schwerste und aktivste Alkalimetall; Zweitens kann Francium als das instabilste der ersten hundert Elemente des Periodensystems angesehen werden. Das neutrale Franciumatom hat im Grundzustand die elektronische Konfiguration 7s 1. Die einzige Oxidationsstufe des Frankens ist +1.

Francium kann nicht in nennenswerten Mengen isoliert werden, da die Halbwertszeiten aller derzeit bekannten Isotope zu kurz sind. Das langlebigste Isotop, Francium, 223 Fr, hat eine Halbwertszeit von nur 22 Minuten.

Aufgrund seiner Stellung im Periodensystem der Elemente ist Francium eines der elektropositivsten Metalle. Chemisch gesehen ist Francium das nächste Analogon von Cäsium. Daraus folgt, dass alle für Cäsium charakteristischen chemischen Formen auch im Francium vorkommen müssen. Die meisten Franciumsalze sind in Wasser gut löslich. Schwerlösliche Salze umfassen Perchlorat, Chloroplatinat, Picratokobaltinitrit und einige andere Salze, die isomorph mit ähnlichen Cäsiumsalzen ausfallen. Als aktivstes Alkalimetall weist Francium eine verminderte Fähigkeit zur Komplexbildung und Hydrolyse auf.

Da Francium in Ultramikrokonzentrationen (10-9-10-13 g) gelöst ist, kann es leicht „verloren“ gehen und an den Wänden von Gefäßen, an der Oberfläche von Sedimenten und an möglichen Verunreinigungen adsorbiert werden.

Da Francium nicht in nennenswerten Mengen erhältlich ist, wurden seine physikalisch-chemischen Eigenschaften durch Berechnung ermittelt.

Chemische Eigenschaften Frankreich hat nur studiert radiochemische Methoden Verwendung von Cäsium als spezifischem Träger. Die Massen von Francium in diesen Experimenten überschreiten nicht 10 -15 g (Massenaktivität von 223 Fr beträgt 1,7 · 10 15 Bq/mg). Genug komplexes Problem ist die Trennung von Francium vom spezifischen Träger Cäsium. Aufgrund seiner Stellung im Periodensystem dürfte Francium ein negativeres Standardpotential haben als Cäsium. So könnte es sein hervorgehoben nur auf Quecksilberkathode.

Francium wird aus neutralen oder leicht sauren Lösungen leicht an den Ionenaustauscherharzen KU-1 und Dauex-50 (Sulfon-Kationenaustauscher) adsorbiert. Mit Hilfe dieser Harze lässt sich Francium leicht von den meisten chemischen Elementen trennen.

Francium wird in der Medizin und Biologie zur Untersuchung der Verteilung von Alkalimetallen im Körper verwendet. Es wird vor allem bei bösartigen Tumoren nachgewiesen und ist daher vielversprechend für die Früherkennung von Sarkomen.

11,7 RADIUM (88 Ra)

Element 88 wurde 1898 von Marie und Pierre Curie entdeckt und folgte Polonium in dem als Teer-Uran bekannten Mineral. M. Curie entdeckte, dass die Strahlungsintensität von Harzerz um ein Vielfaches stärker ist als die von U 3 O 8, das aus Uranmetall gewonnen wird. Curie vermutete, dass das Erz eine unbekannte Substanz mit einer intensiveren Strahlung als Uran enthielt. Es wurde festgestellt, dass Fraktionen, die Wismutsulfid und Bariumsulfat enthielten, radioaktiv waren. Dies bestätigte die Annahme, dass es sich bei dem neuen Element um ein Analogon von Barium handelt. In weiteren Arbeiten wurden durch fraktionierte Kristallisation von Bariumchlorid 90 mg hochreines Radiumchlorid isoliert. Das neue chemische Element mit der Seriennummer 88 wurde von den Curies Radium genannt.

Derzeit sind 13 Radiumisotope bekannt, von denen drei zu natürlich vorkommenden radioaktiven Familien gehören. Das langlebigste natürliche Radiumisotop ist 226 Ra mit einer Halbwertszeit von 1622 Jahren. 226 Ra ist ein Ag-Strahler und kommt in allen Uranerzen vor. 1 Tonne Uranharzerz enthält etwa 400 mg 226 Ra. Die obere Schicht der Erdkruste ist 1,6 km dick und enthält 1,8×10 7 t 226 Ra. In manchen natürlichen Gewässern gibt es recht viel Radium – bis zu 10 -8 g/l. Die Weltmeere enthalten etwa 2·10 4 Tonnen Radium.

Frisch gewonnenes metallisches Radium ist ein weißes, glänzendes Metall, das an der Luft dunkler wird, mit einem Bp = 1140 C 0 und einem Schmelzpunkt = 960 C 0 . Metallisches Radium wurde erstmals von M. Curie und A. Debierne durch Isolierung an einer Quecksilberkathode während der Elektrolyse einer RaCl 2 -Lösung und anschließende Zersetzung von Radiumamalgam in einem Wasserstoffstrom beim Erhitzen auf 700 °C gewonnen.

Radium ist ein Vertreter der Erdalkalimetalle und das schwerste Metall der Hauptnebengruppe der 11. Gruppe des Periodensystems. Die einzige Oxidationsstufe von Radium ist +2. Von seinen chemischen Eigenschaften her ähnelt Radium dem Barium, ist jedoch chemisch aktiver. Es zersetzt Wasser heftig und ergibt Ra(OH)2-Hydroxid, das löslicher als Ba(OH)2 ist.

Ra + 2H 2 O = Ra (OH) 2 + H 2

Die wichtigsten Verbindungen des Radiums sind seine Halogenide: Chlorid und Bromid. Alle Radium- und Bariumsalze sind isomorph. Alle frisch zubereiteten Radiumsalze haben weiße Farbe mit einem charakteristischen blauen Schimmer Im dunkeln. Aufgrund seiner hohen Massenradioaktivität (die Radioaktivität von 1 g Radium beträgt 3,7 × 10 10 Bq) wurde die Chemie von Radium in wässrigen Lösungen anhand von Spurenmengen dieses Elements untersucht. Radium liegt in Lösungen in Form von Ra 2+-Ionen vor. Unter den Erdalkalimetallen weist Radium die geringste Neigung zur Komplexbildung und Hydrolyse auf.

Radium neigt stark zur Sorption aus Lösungen auf der Oberfläche von Glaswaren und Filterpapier, was die Bestimmung seiner physikalisch-chemischen Konstanten (z. B. der Löslichkeit von Radiumsalzen) erschwert. Radium bildet Komplexe mit Zitronen-, Milch- und Weinsäure.

Das Hauptproblem mit Zuweisung Die Gewinnung von Radium aus Uranerzen besteht darin, es von großen Mengen Uran und Radiumzerfallsprodukten zu trennen. Neben Kokristallisationsverfahren mit isomorphen Salzen von Barium und Blei werden zur Radiumisolierung auch chromatographische und Extraktionsverfahren eingesetzt. Vielversprechend für die Isolierung von Radium ist die Verwendung anorganischer unspezifischer Sorbentien wie Al 2 O 3.

Radium spielte eine große Rolle bei der Erforschung der Struktur des Atomkerns, des Phänomens der Radioaktivität und der Entwicklung der Radiochemie und Kernphysik. Man kann argumentieren, dass es unwahrscheinlich ist, wenn das Element Radium nicht schon vor 100 Jahren entdeckt worden wäre letztes Jahrhundert würde man atomar nennen. Für die Entdeckung des Phänomens Radioaktivität und Radium wurde Maria Skłodowska-Curie zweimal ausgezeichnet Nobelpreis(das erste Mal in Physik - 1903, das zweite Mal - in Chemie - 1911).

Hauptgebiete Anwendungen Radium wird aufgrund seiner G-Strahlung in zerstörungsfreien Prüfverfahren zur Bestimmung von Gussfehlern, in Dickenmessgeräten und bei der Erkundung von Uranlagerstätten eingesetzt. Die Alphastrahlung von Radium ermöglicht die Herstellung leuchtender Farben und den Abbau statischer Aufladungen. In Mischung mit Beryllium wird Radium zur Herstellung von Neutronenquellen verwendet. IN Medizin e Radium wird verwendet als Radonquelle. Radium ist von Natur aus sehr mobil und kann sehr stark aus Gesteinen ausgelaugt werden. Daher verlieren die meisten Uranmineralien einen erheblichen Anteil an Radium (manchmal belaufen sich diese Verluste auf 85 %), das leicht in natürliche Gewässer gelangt.

11.8 ACTINIUM (89 Ac) UND AKTINOIDE

1899 Mitarbeiter Curie Debierne im Abfall aus der Verarbeitung Uranerze entdeckte eine neue radioaktive Substanz. Bei der chemisch-analytischen Trennung wurde dieser radioaktive Stoff durch Ammoniak zusammen mit Seltenerdelementen und Thorium ausgefällt. Radioaktivität wurde einem neuen radioaktiven Element zugeschrieben, das benannt wurde Actinium (emittierend). Derzeit sind 24 Isotope von Actinium bekannt, drei davon kommen in der Natur vor (Ac, Ac Ac). Die restlichen Isotope werden künstlich gewonnen.

Tabelle Radioaktive Eigenschaften einiger Actiniumisotope:

Actinium-Isotop	Empfangende Reaktion	Art des Verfalls	Halbwertszeit
221Ac	232 Th(d,9n) 225 Pa(b)→ 221 Ac	B	<1 сек.
222Ac	232 Th(d,8n) 226 Pa(b)→ 222 Ac	B	4,2 Sek.
223Ac	232 Th(d,7n) 227 Pa(b)→ 223 Ac	B	2,2 Min.
224 Ac	232 Th(d,6n) 228 Pa(b)→ 224 Ac	B	2,9 Stunden
225Ac	232 Th(n,g) 233 Th(in -)→ 233 Pa(in -) → 233 U(b)→ 229 Th(b)→ 225 Ra(in -) 225 Ac	B	10 Tage
226 Ac	226 Ra(d,2n) 226 Ac	b oder c - oder elektronische Erfassung	29 Stunden
227Ac	235 U(b)→ 231 Th(c -)→ 231 Pa(b)→ 227 Ac Ra (n,g) Ra → Ac	b oder c - c - , b	21,7 Jahre 22 Jahre
228Ac	232 Th(b)→ 228 Ra(c -)→ 228 Ac	V -	6,13 Stunden
229Ac	228 Ra(n,g) 229 Ra(in -)→ 229 Ac	V -	66 Min.
230Ac	232 Th(d,b) 230 Ac	V -	80 Sek.
231 Ac	232 Th(g,p) 231 Ac	V -	7,5 Min.
232 Ac	232 Th(n,p) 232 Ac	V -	35 Sek.

Es gibt einen Grund, warum das Element Nummer 89, die Seeanemone, heute für viele von besonderem Interesse ist. Dieses Element erwies sich wie Lanthan als Vorfahr einer großen Familie von Elementen, die alle drei Säulen der Kernenergie umfasst – Uran, Plutonium und Thorium.

Das wichtigste und langlebige Isotop von Actinium - Ac (Halbwertszeit 22 Jahre) ist ein Tochterprodukt von 235 U. In Uranerzen ist Actinium in Mikrokonzentrationen enthalten. Im Gleichgewicht mit 1 natürlichem Uran sind es ~ 10 -10 g Ac. Aktinium kann sein isoliert aus Uran- und Thoriumerzen durch Durchführung einer sauren Zersetzung von Erzen mit anschließender Trennung und Trennung der Zerfallsprodukte von Uran und Thorium und Trennung von Actinium von Verunreinigungen mit Lanthaniden. Actinium kann von Lanthan getrennt werden chromatographisch an Kationenharz in Ammoniumform. Aktinium lässt sich gut trennen Lanthan durch Elektrophorese. Menge des resultierenden Actiniums so wenig dass dieses Element zu den zehn seltensten Elementen gehört.

Aufgrund des sehr geringen Aktiniumgehalts in Erzen wird es bevorzugt künstlich gewonnen. Das 227 Ac-Isotop wird durch Bestrahlung von Radium mit einem starken Neutronenfluss in einem Reaktor gewonnen:

Ra (n,g) Ra → Ac

Auf diese Weise wurden reine Actiniumpräparate erhalten, anhand derer seine Haupteigenschaften bestimmt wurden. Die Ausbeute beträgt in der Regel nicht mehr als 2,15 % der Ausgangsmenge an Radium. Die Menge an Actinium wird bei dieser Synthesemethode in Gramm berechnet. Seeanemone wird ganz einfach von Radium und seinen Tochterzerfallsprodukten getrennt, nachdem das Ziel in HCl gelöst wurde – durch Extraktion in eine Lösung von Thiophenylcarbonyl-Trifluoraceton in Chloroform bei pH ~ 3,6. Anschließend wird Actinium in Form von Ac 2 (C 2 O 4) 3 ausgefällt, in Salzsäure gelöst und mit Flusssäure in AcF 3 umgewandelt. Anschließend wird das entstandene Salz im Vakuum bei 1200 0 C durch metallisches Lithium zu Metall reduziert. Die Isolierung und Reinigung von Aktinium aus Radium, Thorium und Tochterzerfallsprodukten erfolgt mittels Extraktions- und Ionenaustauschmethoden.

Metallisches Aktinium wird durch Reduktion von Aktiniumtrifluorid mit Lithiumdampf gewonnen

Elementare Seeanemone ist ein ziemlich schweres silberweißes Metall, das an der Luft leicht oxidiert und einen Oxidfilm bildet, der das Metall vor weiterer Korrosion schützt. Actinium-Element dritte Gruppe Periodensystem. Sein engstes chemisches Analogon ist Lanthan. Wie Lanthan hat es die gleiche Wertigkeit (+ 3), ähnliche Atomradien (1,87 nm für Lanthan und 2,03 nm für Actinium) und eine nahezu identische Struktur wie die meisten Verbindungen. Actinium ähnelt Lanthan reaktiv ein Element, das an der Luft schnell oxidiert. Gleichzeitig verfügt es über grundlegendere Eigenschaften als Lanthan. In sauren Lösungen liegt Actinium in Form von Ionen vor. Bei pH>3 bilden sie sich kolloidale Lösungen. In Mikrokonzentrationen von Seeanemonen Kopräzipitate mit Hydroxiden von Yttrium, Aluminium und Eisen.

Verwendung von Seeanemonen

Mit Beryllium vermischtes 227 Ac ist eine Neutronenquelle. Ac-Be-Quellen zeichnen sich durch eine geringe Ausbeute an Gammastrahlen aus und werden in der Aktivierungsanalyse zur Bestimmung von Mn, Si, Al in Erzen verwendet.

225 Ac wird zur Gewinnung von 213 Bi sowie zur Verwendung in der Radioimmuntherapie verwendet.

227 Ac kann in Radioisotop-Energiequellen verwendet werden.

228 Ac wird aufgrund seiner hochenergetischen β-Strahlung als Radiotracer in der chemischen Forschung eingesetzt.

Eine Mischung aus 228Ac-228Ra-Isotopen wird in der Medizin als intensive Quelle für G-Strahlung verwendet.

Actinium ist eines der gefährlichen radioaktiven Gifte mit hoher spezifischer B-Aktivität. Obwohl die Aufnahme von Aktinium aus dem Verdauungstrakt im Vergleich zu Radium relativ gering ist, ist sie am größten wichtiges Merkmal Seeanemone ist ihre Fähigkeit, in den Oberflächenschichten fest im Körper zu bleiben Knochengewebe. Zunächst reichert sich die Seeanemone zu einem großen Teil in der Leber an und die Geschwindigkeit ihrer Ausscheidung aus dem Körper ist sehr hoch. mehr Geschwindigkeit sein radioaktiver Zerfall. Darüber hinaus ist eines der Tochterprodukte seines Zerfalls das sehr gefährliche Radon, dessen Schutz bei der Arbeit mit Actinium eine besondere ernste Aufgabe darstellt.

Actinium spielte in dem berühmten Film eine große Rolle Aktinidentheorie G. Seaborg, vorgeschlagen im Jahr 1944. Gemäß dieser Theorie bilden Elemente mit den Seriennummern 90-103 die 5f-Familie und werden in Analogie zu den Lanthanoiden in der Form in das Periodensystem eingeordnet separate Gruppe. Hinsichtlich ihres chemischen Verhaltens nehmen Aktiniden eine Zwischenstellung zwischen Elementen der f- und d-Reihe ein. Dazu gehören Thorium, Protactinium, Uran, Neptunium, Plutonium, Americium, Curium, Berkelium, Kalifornien, Ensteinium, Fermium, Mendeleevium, Nobelium, Lawrencium.

Tabelle Die wichtigsten Isotope der Aktiniden

Isotop	Halbwertszeit	Isotop	Halbwertszeit	Isotop	Halbwertszeit
227Ac	22	244 Pu	7,6×10 7 Jahre	248 Bk	314 Tage
232 Th	1,39×10 10 Jahre	241 Uhr	458 Jahre	251 Vgl	660 Jahre
231 Pa	34300 Jahre	241 Uhr	433 Jahre	254 Es	280 Tage
233U	1,62×10 5 Jahre	243 Uhr	7600 Jahre	253 Es	20,47 Tage
235U	7,13×10 8 Jahre	242 cm	162,5 Tage
238 U	4,5×10 9 Jahre	244 cm	19 Jahre
235 Np	410 Tage	247 cm	³4×10 7 Jahre
237 Np	2,2×10 6 Jahre	248 cm	4,7×10 5 Jahre
238 Pu	86,4 Jahre	250 cm	2×10 4 Jahre
239 Pu	24360 Jahre	247 Bk	1300 Jahre
242 Pu	3,79×10 5 Jahre

Der Theorie zufolge können sich in der 5f-Schicht insgesamt 14 Elektronen befinden. Daher sollte das 103. Element das letzte Aktinid sein, da es die vollständig aufgebauten Stufen 5f, 6s und 6p haben wird. Andererseits sollten wir erwarten, dass das 104. Element im Zustand 6d 2 7s 2 sein wird, d. h. gehört zur vierten Gruppe des Periodensystems und sollte daher in seinen Eigenschaften dem Thorium ähneln.

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Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts schienen alle chemischen Elemente konstant und unteilbar zu sein. Es stand außer Frage, wie unveränderliche Elemente umgewandelt werden könnten. Doch die Entdeckung der Radioaktivität revolutionierte die Welt, wie wir sie kennen, und ebnete den Weg für die Entdeckung neuer Substanzen.

Entdeckung der Radioaktivität

Die Ehre, die Umwandlung von Elementen entdeckt zu haben, gebührt dem französischen Physiker Antoine Becquerel. Für ein chemisches Experiment benötigte er Kristalle aus Uranyl-Kaliumsulfat. Er wickelte die Substanz in schwarzes Papier ein und platzierte das Paket neben der Fotoplatte. Nach der Entwicklung des Films sah der Wissenschaftler auf dem Bild die Umrisse von Urankristallen. Trotz dichte Schicht Auf dem Papier waren sie deutlich zu unterscheiden. Becquerel wiederholte dieses Experiment mehrmals, aber das Ergebnis war dasselbe: Auf Fotoplatten waren die Umrisse uranhaltiger Kristalle deutlich zu erkennen.

Becquerel gab die Ergebnisse der Entdeckung auf einer regelmäßigen Sitzung der Pariser Akademie der Wissenschaften bekannt. Sein Bericht begann mit Worten über „unsichtbare Strahlung“. So beschrieb er die Ergebnisse seiner Experimente. Danach kam der Begriff der Strahlung unter Physikern zum Einsatz.

Curies Experimente

Die Ergebnisse von Becquerels Beobachtungen interessierten die französischen Wissenschaftler Marie und Paul Curie. Sie glaubten zu Recht, dass nicht nur Uran radioaktive Eigenschaften haben könnte. Forscher stellten fest, dass die Überreste des Erzes, aus dem dieser Stoff gewonnen wird, immer noch eine hohe Radioaktivität aufweisen. Die Suche nach Elementen, die sich von den ursprünglichen unterscheiden, führte zur Entdeckung einer Substanz mit ähnlichen Eigenschaften wie Uran. Das neue radioaktive Element erhielt den Namen Polonium. Marie Curie gab der Substanz diesen Namen zu Ehren ihrer Heimat Polen. Anschließend wurde Radium entdeckt. Es stellte sich heraus, dass das radioaktive Element ein Zerfallsprodukt von reinem Uran war. Danach begann in der Chemie das Zeitalter neuer chemischer Substanzen, die es in der Natur noch nicht gab.

Elemente

Die meisten heute bekannten Kerne chemischer Elemente sind instabil. Mit der Zeit zerfallen solche Verbindungen spontan in andere Elemente und verschiedene kleine Partikel. Das schwerere Ausgangselement wird in der Physik als Ausgangsmaterial bezeichnet. Die bei der Zersetzung eines Stoffes entstehenden Produkte werden Tochterelemente oder Zersetzungsprodukte genannt. Der Prozess selbst geht mit der Freisetzung verschiedener radioaktiver Partikel einher.

Isotope

Die Instabilität chemischer Elemente kann durch die Existenz verschiedener Isotope derselben Substanz erklärt werden. Isotope sind Varianten einiger Elemente des Periodensystems identische Eigenschaften, Nase verschiedene Zahlen Neutronen im Kern. Sehr viele Private Chemikalien mindestens ein Isotop haben. Die Tatsache, dass diese Elemente weit verbreitet und gut untersucht sind, bestätigt, dass sie auf unbestimmte Zeit in einem stabilen Zustand bleiben. Aber jedes dieser „langlebigen“ Elemente enthält Isotope. Wissenschaftler gewinnen ihre Kerne durch Reaktionen, die unter Laborbedingungen durchgeführt werden. Ein synthetisch hergestelltes künstliches radioaktives Element kann nicht lange in einem stabilen Zustand existieren und zerfällt mit der Zeit. Dieser Prozess kann auf drei Arten ablaufen. Alle drei Zerfallsarten haben ihren Namen von den Elementarteilchen, die Nebenprodukte thermonuklearer Reaktionen sind.

Alpha-Zerfall

Ein radioaktives chemisches Element kann nach dem ersten Zerfallsschema umgewandelt werden. In diesem Fall wird vom Kern ein Alphateilchen emittiert, dessen Energie 6 Millionen eV erreicht. Eine detaillierte Untersuchung der Reaktionsergebnisse ergab, dass es sich bei diesem Teilchen um ein Heliumatom handelte. Es trägt zwei Protonen vom Kern ab, sodass das resultierende radioaktive Element eine Ordnungszahl im Periodensystem hat, die zwei Positionen niedriger ist als die der Ausgangssubstanz.

Beta-Zerfall

Die Beta-Zerfallsreaktion geht mit der Emission eines Elektrons aus dem Kern einher. Das Auftreten dieses Teilchens in einem Atom ist mit dem Zerfall eines Neurons in ein Elektron, ein Proton und ein Neutrino verbunden. Wenn das Elektron den Kern verlässt, erhöht das radioaktive chemische Element seine Ordnungszahl um eins und wird schwerer als sein Ausgangselement.

Gamma-Zerfall

Beim Gammazerfall setzt der Kern einen Photonenstrahl unterschiedlicher Energie frei. Diese Strahlen werden allgemein als Gammastrahlung bezeichnet. Bei diesem Vorgang wird das radioaktive Element nicht verändert. Er verliert einfach seine Energie.

Die Instabilität selbst, die ein bestimmtes radioaktives Element besitzt, bedeutet keineswegs, dass unsere Substanz in Gegenwart einer bestimmten Menge an Isotopen plötzlich verschwindet und kolossale Energie freisetzt. In Wirklichkeit erinnert der Zerfall des Maiskörners an die Herstellung von Popcorn – die chaotische Bewegung von Maiskörnern in einer Bratpfanne, und es ist völlig unbekannt, welcher von ihnen sich zuerst öffnet. Das Gesetz der radioaktiven Zerfallsreaktion kann nur garantieren, dass über einen bestimmten Zeitraum hinweg eine Anzahl von Teilchen proportional zur Anzahl der im Kern verbleibenden Nukleonen aus dem Kern herausfliegt. In mathematischer Sprache kann dieser Vorgang durch die folgende Formel beschrieben werden:

Dabei besteht eine proportionale Abhängigkeit der Anzahl der Nukleonen dN, die den Kern während der Periode dt verlassen, von der Anzahl aller im Kern vorhandenen Nukleonen N. Der Koeffizient λ ist die Radioaktivitätskonstante der zerfallenden Substanz.

Die Anzahl der zum Zeitpunkt t im Kern verbleibenden Nukleonen wird durch die Formel beschrieben:

N = N 0 e -λt ,

wobei N 0 die Anzahl der Nukleonen im Kern zu Beginn der Beobachtung ist.

Beispielsweise wurde das radioaktive Element Halogen mit der Ordnungszahl 85 erst 1940 entdeckt. Seine Halbwertszeit ist ziemlich lang – 7,2 Stunden. Der Gehalt an radioaktivem Halogen (Astatin) auf dem gesamten Planeten überschreitet nicht ein Gramm reine Substanz. Somit sollte sich seine Menge in der Natur in 3,1 Stunden theoretisch halbieren. Doch durch die ständigen Zerfallsprozesse von Uran und Thorium entstehen immer neue Astat-Atome, wenn auch in sehr geringen Dosen. Daher bleibt seine Menge in der Natur stabil.

Halbwertszeit

Die Radioaktivitätskonstante wird verwendet, um zu bestimmen, wie schnell das untersuchte Element zerfällt. Für praktische Probleme verwenden Physiker jedoch häufiger eine Größe, die Halbwertszeit genannt wird. Dieser Indikator gibt an, wie lange es dauert, bis ein Stoff genau die Hälfte seiner Nukleonen verliert. Bei verschiedenen Isotopen variiert dieser Zeitraum von winzigen Bruchteilen einer Sekunde bis hin zu Milliarden von Jahren.

Es ist wichtig zu verstehen, dass die Zeit in dieser Gleichung nicht addiert, sondern multipliziert wird. Wenn beispielsweise ein Stoff über einen Zeitraum t die Hälfte seiner Nukleonen verloren hat, verliert er über einen Zeitraum von 2 t noch einmal die Hälfte der verbleibenden Nukleonen, also ein Viertel der ursprünglichen Anzahl an Nukleonen.

Die Entstehung radioaktiver Elemente

Radioaktive Stoffe entstehen auf natürliche Weise in den oberen Schichten der Erdatmosphäre, in der Ionosphäre. Unter dem Einfluss der kosmischen Strahlung erfährt Gas in großer Höhe verschiedene Veränderungen, die eine stabile Substanz in ein radioaktives Element umwandeln. Das in unserer Atmosphäre am häufigsten vorkommende Gas ist beispielsweise N2, aus dem stabilen Isotop Stickstoff-14 wird das radioaktive Isotop Kohlenstoff-14.

Heutzutage tritt ein radioaktives Element viel häufiger in einer Kette künstlicher Atomspaltungsreaktionen auf. Als Bezeichnung werden Prozesse bezeichnet, bei denen der Kern einer Muttersubstanz in zwei Tochterkerne und anschließend in vier radioaktive „Enkelkerne“ zerfällt. Ein klassisches Beispiel ist das Isotop Uran 238. Seine Halbwertszeit beträgt 4,5 Milliarden Jahre. Unser Planet existiert schon fast genauso lange. Nach zehn Zerfallsstufen verwandelt sich radioaktives Uran in stabiles Blei 206. Ein künstlich hergestelltes radioaktives Element unterscheidet sich in seinen Eigenschaften nicht von seinem natürlichen Gegenstück.

Praktische Bedeutung der Radioaktivität

Nach der Katastrophe von Tschernobyl begannen viele ernsthaft darüber zu sprechen, die Entwicklungsprogramme für Kernkraftwerke einzuschränken. Aber im Alltag bringt Radioaktivität der Menschheit enorme Vorteile. Die Wissenschaft der Radiographie untersucht die Möglichkeiten ihrer praktischen Anwendung. Beispielsweise wird einem Patienten radioaktiver Phosphor injiziert, um ein vollständiges Bild von Knochenbrüchen zu erhalten. Kernenergie dient auch der Erzeugung von Wärme und Strom. Vielleicht werden wir in Zukunft neue Entdeckungen auf diesem erstaunlichen Gebiet der Wissenschaft machen.

  Cäsium-137, Cs-137
Einer der Hauptbestandteile ist Cäsium-137, auch Radiocäsium genannt radioaktive Kontamination Biosphäre. Enthalten in radioaktivem Niederschlag, radioaktivem Abfall und Ableitungen aus Fabriken, die Abfälle aus Kernkraftwerken verarbeiten. Intensiv vom Boden und Bodensedimenten sorbiert; Im Wasser kommt es hauptsächlich in Form von Ionen vor. In Pflanzen und im Körper von Tieren und Menschen enthalten.
Bei Tieren reichert sich 137Cs hauptsächlich in den Muskeln und der Leber an
Die Freisetzung von Cäsium-137 in die Umwelt erfolgt hauptsächlich durch Atomtests und Unfälle in Kernkraftwerken
Bekannte Kontaminationsfälle Außenumgebung als Folge der unvorsichtigen Lagerung von Cäsium-137-Quellen für medizinische und technische Zwecke.
Biologische Wirkung
Cäsium-137 dringt hauptsächlich über die Atmungs- und Verdauungsorgane in lebende Organismen ein. Die Haut hat eine gute Schutzfunktion

Die absorbierte Strahlungsdosis wird anhand der Energie der ionisierenden Strahlung gemessen, die auf die Masse der bestrahlten Substanz übertragen wird.
Die Einheit der absorbierten Dosis ist Gray (Gy), was 1 Joule entspricht, das von 1 kg Substanz absorbiert wird
1 Gy = 1 J/kg = 100 rad.

Ab einer Strahlendosis von ca. 2 Gy ist beim Menschen mit der Entwicklung von Strahlenschäden zu rechnen. Die Symptome ähneln in vielerlei Hinsicht einer akuten Strahlenkrankheit während einer Gammabestrahlung: Niedergeschlagenheit und Schwäche, Durchfall, Gewichtsverlust, innere Blutungen
Cs-137-Radionuklide, die in den menschlichen Körper eindringen, werden in lebenswichtige Organe eingebaut. Gleichzeitig kommt es in den Zellen zu dystrophischen und nekrobiotischen Veränderungen, die vor allem mit einer Störung der Energiemechanismen einhergehen und zu Störungen der lebenswichtigen Funktionen des Körpers führen. Die Schwere der Schädigung hängt direkt von der Menge an Cs-137 ab, die vom Körper und einzelnen Organen aufgenommen wird. Diese Läsionen können vor allem als Auslöser von Mutationen im genetischen Apparat von Keim- und Körperzellen eine Gefahr darstellen.

Die Fähigkeit von Cs-137, Mutationen in Keimzellen hervorzurufen, wird in zukünftigen Generationen die Grundlage für das Auftreten von intrauterinem Tod des Embryos, angeborenen Fehlbildungen, Pathologien des Fötus und Neugeborenen sowie Erkrankungen des erwachsenen Organismus sein, die mit unzureichender Genaktivität verbunden sind .

Diese innere Bestrahlung des Körpers ist auch deshalb äußerst gefährlich, weil sie mit der Fähigkeit von Cs-137-Radionukliden und ihren Zerfallsprodukten in Form von Barium kombiniert wird, biologische Strukturen zu beeinflussen, mit dem Rezeptorapparat von Zellmembranen zu interagieren und deren Zustand zu verändern Regulierungsprozesse.

Es wurde ein Zusammenhang zwischen der Häufigkeit von Herzerkrankungen bei Kindern und dem Gehalt an Radionukliden in ihrem Körper festgestellt. Sollte bezahlt werden Besondere Aufmerksamkeit dass das Vorhandensein bereits relativ geringer Mengen von Cs-137 im Körper von Kindern von 10-30 Bq/kg (gleichzeitig ist die Konzentration dieses Radionuklids im Herzgewebe viel höher) zu einer Verdoppelung der Anzahl führt Kinder mit elektrokardiographischen Störungen.
In dieser Hinsicht werden Umweltfaktoren, die die Funktion von Systemen unterdrücken, die die Aktivität des genetischen Apparats von Zellen regulieren (stimulieren), Auslöser (Provokateure) für das Auftreten vieler Krankheiten sein. Cs-137 ist dazu relativ fähig Kleinmengen, unterdrücken die Aktivität der körpereigenen Regulierungssysteme und vor allem des Immunsystems.
Die Halbwertszeit von Cäsium-137 beträgt 30 Jahre.

  Radium, Ra-226
radioaktives Isotop des chemischen Elements Radium mit der Ordnungszahl 88 und der Massenzahl 226. Gehört zur radioaktiven Uran-238-Familie
Das stabilste Isotop ist Radium-226 (226Ra), das beim Zerfall von Uran entsteht. Die Halbwertszeit von Radium-226 beträgt 1600 Jahre und beim Zerfallsprozess entsteht das radioaktive Gas Radon.
Radium-226 ist eine Quelle von Alphastrahlung und gilt als potenziell schädlich für das menschliche Knochengewebe.
In natürlichen Gewässern kommt es in vernachlässigbaren Konzentrationen vor.
Anwendung
Radiumsalze werden in der Medizin als Radonquelle (siehe RADON) zur Herstellung von Radonbädern verwendet.

Es entstehen Tumoren des Knochengewebes und der Organe, eingeschlossen in der Knochenkapsel (hämatopoetisches Gewebe, Hypophyse) oder topographisch nahe daran (Mundschleimhaut, Oberkieferhöhle).

  Kobalt-60, Co-60
Kobalt-60, Radiokobalt, ist ein radioaktives Nuklid des chemischen Elements Kobalt mit der Ordnungszahl 27 und der Massenzahl 60. Aufgrund seiner kurzen Halbwertszeit kommt es in der Natur praktisch nicht vor. Ende der 1930er Jahre eröffnet

Die Aktivität eines Gramms dieses Nuklids beträgt etwa 41,8 TBq. Die Halbwertszeit von Kobalt-60 beträgt 5,2 Jahre
Anwendungen Kobalt-60 wird bei der Herstellung von Gammastrahlungsquellen mit einer Energie von etwa 1,3 MeV verwendet, die verwendet werden für:
- Sterilisation Lebensmittel, medizinische Instrumente und Materialien;
- Aktivierung von Saatgut (zur Stimulierung des Wachstums und des Ertrags von Getreide- und Gemüsepflanzen);
- Desinfektion und Reinigung von Industrieabwässern, festen und flüssigen Abfällen verschiedene Arten Produktion;
- Strahlungsmodifikation der Eigenschaften von Polymeren und daraus hergestellten Produkten;
- Radiochirurgie verschiedener Pathologien (siehe „Kobaltkanone“, Gammamesser);
- Gammafehlererkennung.
Cobalt-60 wird auch in Systemen zur Überwachung des Metallfüllstands in der Kokille beim Stranggießen von Stahl verwendet. Es ist eines der Isotope, die in Radioisotopen-Energiequellen verwendet werden.
Seine Strahlen haben eine hohe Durchschlagskraft. Bezogen auf die Strahlungsleistung entsprechen 17 Gramm radioaktives Kobalt 1 Kilogramm Radium – dem stärksten natürliche Quelle Strahlung. Deshalb werden bei der Gewinnung, Lagerung und dem Transport dieses und anderer Isotope strengste Sicherheitsvorschriften eingehalten und alle notwendigen Maßnahmen ergriffen, um Menschen zuverlässig vor tödlichen Strahlen zu schützen.

Radioaktives Kobalt hat viele „Berufe“. Beispielsweise wird die Gamma-Fehlererkennung zunehmend in der Industrie eingesetzt, d. h. Kontrolle der Produktqualität durch Einwirkung von Gammastrahlen, deren Quelle das Kobalt-60-Isotop ist. Diese Prüfmethode ermöglicht es, mit relativ kostengünstigen und kompakten Geräten Risse, Poren, Fisteln und andere innere Defekte in massiven Gussteilen, Schweißnähten, Baugruppen und Teilen an schwer zugänglichen Stellen leicht zu erkennen. Aufgrund der Tatsache, dass Gammastrahlen von der Quelle gleichmäßig in alle Richtungen verteilt werden, ermöglicht das Verfahren die gleichzeitige Überwachung einer großen Anzahl von Objekten und zylindrische ProdukteÜberprüfen Sie den gesamten Umfang auf einmal.

Radioaktives Kobalt wird zur Kontrolle und Regelung des Füllstands von geschmolzenem Metall in Schmelzöfen, des Füllstands von Einsatzmaterialien in Hochöfen und Bunkern sowie zur Aufrechterhaltung des Füllstands von flüssigem Stahl in der Kokille von Stranggussanlagen verwendet.

Ein Gerät namens Gamma-Dickenmessgerät bestimmt schnell und mit hoher Genauigkeit die Dicke von Schiffsrumpfpanzerungen, Rohrwänden, Dampfkesseln und anderen Produkten, wenn es unmöglich ist, an deren Innenoberfläche heranzukommen, und herkömmliche Instrumente daher leistungslos sind.

Kobalt wird auch in der Medizin verwendet. Körner des Kobalt-60-Isotops, die in medizinische „Kanonen“ gegeben werden, ohne den menschlichen Körper zu schädigen, bombardieren innere bösartige Tumore mit Gammastrahlen, wirken sich nachteilig auf die schnelle Vermehrung erkrankter Zellen aus, unterbrechen ihre Aktivität und eliminieren dadurch a schlimme Krankheit.
Im Gerät zur Bestrahlung tiefliegender bösartiger Tumoren, der „Kobaltkanone“ GUT-400 (therapeutische Gammaanlage), entspricht die Menge an Kobalt-60 in seiner Aktivität 400 g Radium. Das ist eine sehr große Menge; kein Labor verfügt über eine solche Menge Radium. Doch gerade die hohe Aktivität ermöglicht Versuche, tief im Körper des Patienten liegende Tumore zu behandeln.
Doch trotz ihrer weitreichenden Vorteile ist Strahlung Strahlung und eine unkontrollierte Exposition führt zu den oben beschriebenen traurigen Folgen.

  Thorium-232, Th-232
Thorium-232 ist ein natürlich vorkommendes radioaktives Nuklid des chemischen Elements Thorium mit der Ordnungszahl 90 und der Massenzahl 232.
Es ist das langlebigste Thoriumisotop, alpha-radioaktiv mit einer Halbwertszeit von 1,405·10 10 (14 Milliarden) Jahren.
Thorium-232 ist ein Alphastrahler
Die Aktivität eines Gramms dieses Nuklids beträgt 4.070 Bq.
In Form des Arzneimittels Thorotrast wurde eine Suspension von Thoriumdioxid als Kontrastmittel in der frühen Röntgendiagnostik eingesetzt. Derzeit werden Thorium-232-Präparate als krebserregend eingestuft
Eintritt von Thorium in den Magen-Darm-Trakt ( Schwermetall(außer radioaktiv!) verursacht keine Vergiftung. Dies liegt daran, dass im Magen ein saures Milieu herrscht und Thoriumverbindungen unter diesen Bedingungen hydrolysiert werden. Das Endprodukt ist unlösliches Thoriumhydroxid, das vom Körper ausgeschieden wird. Nur eine unrealistische Dosis von 100 g Thorium kann zu einer akuten Vergiftung führen...
Allerdings ist es äußerst gefährlich, Thorium ins Blut zu gelangen. Die Folge davon können Erkrankungen des hämatopoetischen Systems und die Bildung spezifischer Tumoren sein.

  Plutonium-239, Pu-239
Plutonium-239 (dt. Plutonium-239) ist ein radioaktives Nuklid des chemischen Elements Plutonium mit der Ordnungszahl 94 und der Massenzahl 239.
Es kommt natürlicherweise in äußerst geringen Mengen in Uranerzen vor.
Die Aktivität eines Gramms dieses Nuklids beträgt etwa 2,3 GBq.
Plutonium-239 hat eine Halbwertszeit von 24.100 Jahren.
Plutonium-239 wird verwendet:
- als Kernbrennstoff in Kernreaktoren unter Verwendung thermischer und insbesondere schneller Neutronen;
- bei der Herstellung von Atomwaffen;
- als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Transplutoniumelementen.
Plutonium wurde Ende 1940 entdeckt.
Obwohl Plutonium wie jedes Schwermetall chemisch giftig zu sein scheint, ist dieser Effekt im Vergleich zu seiner Radiotoxizität schwach. Die toxischen Eigenschaften von Plutonium scheinen eine Folge der Alpha-Radioaktivität zu sein. Alphateilchen stellen nur dann eine ernsthafte Gefahr dar, wenn ihre Quelle im Körper liegt (d. h. das Plutonium muss mit der Nahrung aufgenommen werden). Obwohl Plutonium auch Gammastrahlen und Neutronen aussendet, die von außen in den Körper eindringen können, sind die Werte zu niedrig, um großen Schaden anzurichten.

Alphateilchen schädigen nur Gewebe, das Plutonium enthält oder in direktem Kontakt damit steht. Zwei Wirkungsarten sind von Bedeutung: akute und chronische Vergiftungen. Bei ausreichend hoher Strahlung kann es zu einer akuten Gewebevergiftung kommen, die toxische Wirkung macht sich schnell bemerkbar. Bei niedrigen Werten kommt es zu einer kumulativen krebserzeugenden Wirkung.

Plutonium wird vom Magen-Darm-Trakt nur sehr schlecht aufgenommen, selbst wenn es in Form eines löslichen Salzes eintritt, wird es anschließend noch vom Magen- und Darminhalt gebunden. Kontaminiertes Wasser neigt aufgrund der Neigung von Plutonium zur Ausfällung aus wässrigen Lösungen und zur Bildung unlöslicher Komplexe mit anderen Substanzen zur Selbstreinigung.

Unter allen Elementen des Periodensystems gehört ein erheblicher Teil zu denen, über die die meisten Menschen mit Angst sprechen. Wie sonst? Schließlich sind sie radioaktiv und stellen somit eine unmittelbare Gefahr für die menschliche Gesundheit dar.

Versuchen wir herauszufinden, welche Elemente genau gefährlich sind und was sie sind, und auch herauszufinden, welche schädlichen Auswirkungen sie auf den menschlichen Körper haben.

Allgemeines Konzept einer Gruppe radioaktiver Elemente

Zu dieser Gruppe gehören Metalle. Davon gibt es ziemlich viele, sie stehen im Periodensystem unmittelbar nach Blei und bis zur allerletzten Zelle. Das Hauptkriterium, nach dem ein bestimmtes Element üblicherweise als radioaktiv eingestuft wird, ist seine Fähigkeit, es zu besitzen bestimmten Zeitraum Halbwertszeit

Mit anderen Worten handelt es sich um die Umwandlung eines Metallkerns in einen anderen, Tochterkern, die mit der Emission von Strahlung einhergeht bestimmter Typ. In diesem Fall kommt es zu Umwandlungen einiger Elemente in andere.

Ein radioaktives Metall ist ein Metall, bei dem mindestens ein Isotop radioaktiv ist. Auch wenn es insgesamt sechs Sorten gibt und nur eine davon Träger dieser Eigenschaft ist, gilt das gesamte Element als radioaktiv.

Strahlungsarten

Die wichtigsten Strahlungsarten, die Metalle beim Zerfall aussenden, sind:

• Alphateilchen;
• Betateilchen oder Neutrino-Zerfall;
• isomerer Übergang (Gammastrahlen).

Für die Existenz solcher Elemente gibt es zwei Möglichkeiten. Die erste ist natürlich, das heißt, wenn ein radioaktives Metall in der Natur vorkommt und sich auf einfachste Weise unter dem Einfluss äußerer Kräfte im Laufe der Zeit in andere Formen umwandelt (seine Radioaktivität zeigt und zerfällt).

Die zweite Gruppe sind von Wissenschaftlern künstlich hergestellte Metalle, die schnell zerfallen und große Mengen kraftvoll freisetzen können Strahlungsbelastung. Dies geschieht für den Einsatz in bestimmten Tätigkeitsbereichen. Anlagen, in denen sie hergestellt werden Kernreaktionen Aufgrund der Umwandlung einiger Elemente in andere werden sie Synchrophasotrone genannt.

Der Unterschied zwischen den beiden angegebenen Halbwertszeiten ist offensichtlich: In beiden Fällen geschieht dies spontan, aber nur künstlich hergestellte Metalle lösen bei der Destrukturierung Kernreaktionen aus.

Grundlagen der Benennung ähnlicher Atome

Da die meisten Elemente nur über ein oder zwei radioaktive Isotope verfügen, ist es üblich, bei der Bezeichnung einen bestimmten Typ anzugeben und nicht das gesamte Element als Ganzes. Blei ist beispielsweise nur ein Stoff. Wenn wir berücksichtigen, dass es sich um ein radioaktives Metall handelt, sollte es beispielsweise „Blei-207“ heißen.

Die Halbwertszeiten der betreffenden Partikel können stark variieren. Es gibt Isotope, die nur 0,032 Sekunden dauern. Aber neben ihnen gibt es auch solche, die im Laufe von Millionen von Jahren im Erdinneren zerfallen.

Radioaktive Metalle: Liste

Eine vollständige Liste aller Elemente der betrachteten Gruppe kann durchaus beeindruckend sein, denn insgesamt umfasst sie etwa 80 Metalle. Dies sind zunächst alle, die im Periodensystem nach Blei stehen, einschließlich der Gruppe Wismut, Polonium, Astat, Radon, Francium, Radium, Rutherfordium usw. mit fortlaufenden Nummern.

Oberhalb der bezeichneten Grenze gibt es viele Vertreter, von denen jeder auch Isotope besitzt. Darüber hinaus können einige von ihnen tatsächlich radioaktiv sein. Daher ist es wichtig, welche Varianten ein radioaktives Metall hat, bzw. welche seiner Isotopenvarianten fast jeder Vertreter der Tabelle hat. Sie haben zum Beispiel:

• Kalzium;
• Selen;
• Hafnium;
• Wolfram;
• Osmium;
• Wismut;
• Indium;
• Kalium;
• Rubidium;
• Zirkonium;
• Europium;
• Radium und andere.

Somit ist es offensichtlich, dass es viele Elemente gibt, die radioaktive Eigenschaften aufweisen – die überwältigende Mehrheit. Einige von ihnen sind aufgrund ihrer zu langen Halbwertszeit sicher und kommen in der Natur vor, während andere vom Menschen für verschiedene Zwecke in Wissenschaft und Technik künstlich hergestellt werden und für den menschlichen Körper äußerst gefährlich sind.

Eigenschaften von Radium

Der Name des Elements wurde von seinen Entdeckern – den Ehegatten und Maria – gegeben. Es waren diese Menschen, die erstmals entdeckten, dass eines der Isotope dieses Metalls, Radium-226, die stabilste Form ist und besondere radioaktive Eigenschaften aufweist. Dies geschah im Jahr 1898, und ein solches Phänomen wurde erst bekannt. Es waren die Chemiker-Eheleute, die begannen, sich eingehend damit zu beschäftigen.

Die Etymologie des Wortes hat seine Wurzeln Französisch, in dem es wie Radium klingt. Insgesamt sind 14 Isotopenmodifikationen dieses Elements bekannt. Die stabilsten Formen mit Massenzahlen sind jedoch:

Form 226 weist eine ausgeprägte Radioaktivität auf. Radium selbst ist ein chemisches Element mit der Nummer 88. Atommasse. Als einfache Substanz ist es existenzfähig. Es ist ein silberweißes radioaktives Metall mit einem Schmelzpunkt von etwa 670 0 C.

Aus chemischer Sicht weist es eine recht hohe Aktivität auf und ist in der Lage zu reagieren mit:

• Wasser;
• organische Säuren, die stabile Komplexe bilden;
• Sauerstoff und bildet ein Oxid.

Eigenschaften und Anwendung

Radium ist außerdem ein chemisches Element, das eine Reihe von Salzen bildet. Seine Nitride, Chloride, Sulfate, Nitrate, Carbonate, Phosphate und Chromate sind bekannt. Auch mit Wolfram und Beryllium erhältlich.

Sein Entdecker Pierre Curie erfuhr nicht sofort, dass Radium-226 gesundheitsgefährdend sein könnte. Dies konnte er jedoch durch ein Experiment bestätigen: Einen Tag lang lief er mit einem Reagenzglas mit Metallband an der Schulter. An der Kontaktstelle mit der Haut entstand ein nicht heilendes Geschwür, das der Wissenschaftler mehr als zwei Monate lang nicht loswerden konnte. Das Paar gab seine Experimente zum Phänomen der Radioaktivität nicht auf und starb daher beide an einer hohen Strahlendosis.

Außerdem negativer Wert Es gibt eine Reihe von Bereichen, in denen Radium-226 Anwendung findet und Vorteile bietet:

1. Indikator für Veränderungen des Meereswasserspiegels.
2. Wird zur Bestimmung der Uranmenge in einem Gestein verwendet.
3. In Beleuchtungsmischungen enthalten.
4. In der Medizin wird es zur Bildung therapeutischer Radonbäder verwendet.
5. Wird verwendet, um elektrische Ladungen zu entfernen.
6. Mit seiner Hilfe wird eine Fehlererkennung an Gussteilen durchgeführt und die Nähte von Teilen verschweißt.

Plutonium und seine Isotope

Dieses Element wurde in den vierziger Jahren des 20. Jahrhunderts von amerikanischen Wissenschaftlern entdeckt. Es wurde zunächst dort isoliert, wo es aus Neptunium entstand. Letzteres ist das Ergebnis des Zerfalls des Urankerns. Das heißt, sie sind alle durch gemeinsame radioaktive Umwandlungen eng miteinander verbunden.

Es gibt mehrere stabile Isotope dieses Metalls. Die häufigste und praktisch wichtigste Sorte ist jedoch Plutonium-239. Bekannt chemische Reaktionen dieses Metalls mit:

• Sauerstoff,
• Säuren;
• Wasser;
• Alkalien;
• Halogene.

Aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften ist Plutonium-239 ein sprödes Metall mit einem Schmelzpunkt von 640 0 C. Die Haupteinflussmöglichkeiten auf den Körper sind die allmähliche Bildung von Krebs, die Ansammlung in den Knochen und deren Zerstörung sowie Lungenerkrankungen.

Einsatzgebiet - hauptsächlich Nuklearindustrie. Es ist bekannt, dass beim Zerfall eines Gramms Plutonium-239 eine Wärmemenge freigesetzt wird, die mit der von 4 Tonnen verbrannter Kohle vergleichbar ist. Aus diesem Grund wird dieser in Reaktionen so häufig verwendet. Kernplutonium ist eine Energiequelle in Kernreaktoren und thermonukleare Bomben. Es wird auch bei der Herstellung von Elektroenergiebatterien verwendet, deren Lebensdauer bis zu fünf Jahre betragen kann.

Uran ist eine Strahlungsquelle

Dieses Element wurde 1789 vom deutschen Chemiker Klaproth entdeckt. Allerdings gelang es den Menschen erst im 20. Jahrhundert, seine Eigenschaften zu erforschen und zu lernen, sie in der Praxis anzuwenden. Hauptsächlich Besonderheit ist, dass radioaktives Uran beim natürlichen Zerfall Kerne bilden kann:

• Blei-206;
• Krypton;
• Plutonium-239;
• Blei-207;
• Xenon

In der Natur hat dieses Metall eine hellgraue Farbe und einen Schmelzpunkt von über 1100 0 C. Es kommt in Mineralien vor:

1. Uran-Glimmer.
2. Uraninit.
3. Pechblende.
4. Otenitis
5. Tuyanmunit.

Es sind drei stabile natürliche Isotope und 11 künstlich synthetisierte Isotope mit Massenzahlen von 227 bis 240 bekannt.

Radioaktives Uran, das schnell zerfallen und Energie freisetzen kann, wird in der Industrie häufig verwendet. Es wird also verwendet:

• in Geochemie;
• Bergbau;
• Kernreaktoren;
• bei der Herstellung von Atomwaffen.

Die Wirkung auf den menschlichen Körper unterscheidet sich nicht von den zuvor besprochenen Metallen – eine Anreicherung führt zu einer erhöhten Strahlendosis und der Entstehung von Krebstumoren.

Transuranische Elemente

Die wichtigsten Metalle im Periodensystem sind neben Uran diejenigen, die erst vor kurzem entdeckt wurden. Buchstäblich im Jahr 2004 wurden Quellen veröffentlicht, die die Geburt des Elements 115 des Periodensystems bestätigten.

Es wurde zum radioaktivsten aller heute bekannten Metalle – Ununpentium (Uup). Seine Eigenschaften sind bis heute unerforscht, denn seine Halbwertszeit beträgt 0,032 Sekunden! Unter solchen Bedingungen ist es einfach unmöglich, die Details der Struktur und die manifestierten Merkmale zu untersuchen und zu identifizieren.

Allerdings ist seine Radioaktivität um ein Vielfaches höher als die des zweiten Elements dieser Eigenschaft – Plutonium. In der Praxis wird jedoch nicht Ununpentium verwendet, sondern seine „langsameren“ Kameraden auf dem Tisch – Uran, Plutonium, Neptunium, Polonium und andere.

Ein weiteres Element – ​​Unbibium – existiert theoretisch, doch Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern konnten dies seit 1974 nicht mehr in der Praxis nachweisen. Der letzte Versuch erfolgte im Jahr 2005, wurde jedoch vom Generalrat der Chemiker nicht bestätigt.

Thorium

Es wurde im 19. Jahrhundert von Berzelius entdeckt und nach dem skandinavischen Gott Thor benannt. Es ist ein schwach radioaktives Metall. Fünf seiner 11 Isotope weisen dieses Merkmal auf.

Die Hauptnutzung beruht nicht auf der Fähigkeit, beim Zerfall große Mengen thermischer Energie abzugeben. Die Besonderheit besteht darin, dass Thoriumkerne in der Lage sind, Neutronen einzufangen und in Uran-238 und Plutonium-239 umzuwandeln, die dann direkt in Kernreaktionen eintreten. Daher kann Thorium als eines der von uns betrachteten Metalle eingestuft werden.

Polonium

Ein silbrig-weißes radioaktives Metall mit der Nummer 84 im Periodensystem. Es wurde 1898 von denselben leidenschaftlichen Forschern der Radioaktivität und allem, was damit zusammenhängt, den Ehegatten Marie und Pierre Curie, entdeckt. Das Hauptmerkmal dieser Substanz ist, dass sie etwa 138,5 Tage lang frei existiert. Das heißt, dies ist die Halbwertszeit dieses Metalls.

Es kommt natürlicherweise in Uran und anderen Erzen vor. Es wird als Energiequelle verwendet und ist sehr leistungsstark. Es ist ein strategisches Metall, da es zur Herstellung von Atomwaffen verwendet wird. Die Menge ist streng begrenzt und unterliegt der Kontrolle jedes Staates.

Es wird auch zur Ionisierung von Luft, zur Beseitigung statischer Elektrizität in einem Raum sowie bei der Herstellung von Raumheizgeräten und ähnlichen Artikeln verwendet.

Auswirkungen auf den menschlichen Körper

Alle radioaktiven Metalle haben die Fähigkeit, die menschliche Haut zu durchdringen und sich im Körper anzureichern. Sie werden nur sehr schlecht über Schlackenstoffe und überhaupt nicht über den Schweiß ausgeschieden.

Mit der Zeit beginnen sie, das Atmungs-, Kreislauf- und Nervensystem zu beeinträchtigen und dort irreversible Veränderungen zu verursachen. Sie wirken sich auf Zellen aus und führen zu Fehlfunktionen. Infolgedessen kommt es zur Bildung bösartiger Tumoren und zu onkologischen Erkrankungen.

Daher stellt jedes radioaktive Metall eine große Gefahr für den Menschen dar, insbesondere wenn wir über sie in ihrer reinen Form sprechen. Sie dürfen sie nicht mit ungeschützten Händen berühren und sich ohne besondere Schutzvorrichtungen nicht mit ihnen im Raum aufhalten.